Research projects and networking

Laufzeit: 01.05.2020 bis 30.04.2022

Projektpartner: Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS), Halle

Beschreibung des Projekts: Carbonfasern werden derzeit hauptsächlich mit duroplastischen Matrixmaterialien verarbeitet und sind deshalb chemisch für einen optimalen Materialverbund mit diesen Kunststoffen vorbereitet. Bei der Verarbeitung mit thermoplastischen Materialien kommt es oft zu Problemen in der Anbindung der Faser an die Matrix, was sich wiederum im nicht voll ausgeschöpften Eigenschaftsprofil des Verbundmaterials niederschlägt. Entwicklungen von Schlichtesystemen für Carbonfasern für spezielle Kundenwünsche sind zeit- und preisintensiv und gerade für kleine und mittelständische Unternehmen kaum realisierbar.
Im Rahmen des Gemeinschaftsvorhabens soll ein neuartiges Verfahren zur In-Line-Oberflächenmodifizierung von Carbonfasern im Herstellungsprozess von unidirektional faserverstärkten Folien (UD-Tapes) entwickelt werden. Es soll eruiert werden, ob eine preisintensive Schlichteentwicklung für die Fasern entfallen kann und Standardfasern, welche z. B. für Duroplastsysteme optimiert sind, für thermoplastische UD-Tapes eingesetzt werden können, wenn die Faseroberfläche direkt im Tapeherstellprozess aktiviert und modifiziert wird. Von essentieller Bedeutung ist die Erfassung der erzielten Eigenschaftsoptimierung im Verbundmaterial. Für die Charakterisierung und das Verständnis der Einflüsse einer solchen Oberflächenmodifizierung auf die Anbindung der Faser an die Matrix müssen die mikromechanischen Vorgänge im Verbundmaterial genau analysiert werden. Dies soll durch die Entwicklung hybrider Prüfmethoden, welche für thermoplastische Materialien in der Form noch nicht existent und standardisiert sind, erfolgen.

Projektziel: Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, den Funktionsnachweis für eine prozessintegrierte Verfahrenseinheit zur Oberflächenmodifizierung von Carbonfasern (CF) zu erbringen und damit die Grundlage für einen breiten industriellen Einsatz dieser Komponente zu legen. Die zweite Zielstellung liegt in der Erarbeitung von speziellen Prüfmethoden für diese Materialien sowie darin, einen Beitrag zur Standardisierung dieser hybriden Prüfmethoden zu leisten. Die verarbeitungstechnische Umsetzung der Prozessentwicklung zur Tapeherstellung soll am Fraunhofer Pilotanlagenzentrum erfolgen. Die Entwicklung hybrider, für thermoplastische UD-Tapes angepasster Charakterisierungsmethoden wird bei der Polymer Service GmbH Merseburg umgesetzt.

Laufzeit: 01.10.2019 bis 30.09.2021

Beschreibung des Projekts: Folien sind vielfältig einsetzbare Materalien, die unter anderem Anwendung in der Lebensmittelindustrie als Verpackungsmaterial, in der Landwirtschaft als Agrar- und Mulchfolien oder auch im Bauwesen finden. Insbesondere im Baubereich gibt es einen breit gefächerten Anwendungsbereich für Folien, z.B. als Dampfbremsen oder Dampfsperren, Abdeckfolien, oder auch als Dekorfolien zur individuellen farblichen Gestaltung von PVC-Fensterprofilen oder Haustüren.

Durch den Gebrauch von Chemikalien z. B. während der Reinigung kann es in Folge einer physikalischen und/oder chemischen Wechselwirkung zwischen dem Reinigungsmittel und der Folie zur Bildung von Spannungsrissen in der Folie kommen. Von derartigen Rissen sind viele Bauteile aus Kunststoffe betroffen, wobei es Kunststoffe gibt, die besonders empfindlich auf das Einwirken einer Chemikalie und einer mechanischen Spannung reagieren. Durch die Entstehung von Spannungsrissen kann es zum vorzeitigen Ausfall des betroffenen Bauteils kommen.

Projektziel: In dem geplanten Projekt soll für eine Auswahl von polymeren Werkstoffen die Spannungsrissneigung bzw. die Spannungsrissbeständigkeit mit Hilfe konventioneller und bruchmechanischer Methoden untersucht werden. Dabei stehen einerseits die Werkstoffeigenschaften und andererseits auch die Methodik im Fokus der Untersuchungen. Letzteres zielt auch auf die (Weiter)Entwicklung der Methoden ab, um Kosten für die Werkstoffbewertung im Rahmen von Werkstoffentwicklung und -optimierung einsparen zu können.

Untersuchung des Zusammenhanges zwischen der Mischungsherstellung, der Struktur und den Eigenschaften von verstärkten Elastomerwerkstoffen für Reifenanwendungen mit Weichmachern auf Basis nachwachsender Rohstoffe

Laufzeit: 17.04.2019 bis 31.12.2021

Beschreibung des Projekts: Ausgehend von experimentellen Untersuchungen an weichmacherhaltigen Mischungen soll analysiert werden, inwieweit neue Weichmacherprodukte als Hilfsstoffe zur gezielten Eigenschaftseinstellung anstelle von konventionellen, mineralölbasierten Produkten eingesetzt werden können. Es sollen dabei die Einflussfaktoren Mischungsaufbau und Verarbeitung systematisch untersucht werden. Ein Ziel besteht in der Verbesserung des Migrationsverhaltens, weshalb dazu ebenfalls Untersuchungen durchgeführt werden sollen. Eng verbunden mit einer möglichen Weichmachermigration ist die daraus resultierende zeitabhängige Veränderung der Eigenschaften. Somit ist ein weiteres Ziel der Arbeit, die zur Alterung führenden Prozesse auch bei den neuen Weichmachern zu untersuchen und zu verstehen. Das Erreichen dieses wissenschaftlichen Ziels erfordert umfangreiche systematische Untersuchungen reichend von der Variation der Mischparameter, der umfassenden Bewertung der Eigenschaften bis hin zur Charakterisierung des Migrations- und Alterungsverhaltens.

Projektziel: Zentrales wissenschaftliches Ziel des geplanten Projekts ist die Aufklärung von Zusammenhängen zwischen Mischungsaufbau, Verarbeitung und den resultierenden Vulkanisateigenschaften von technischen Kautschukmischungen mit alternativen, nicht-toxischen Weichmachern auf der Basis nachwachsender Rohstoffe.

Projektlaufzeit: 01.01.2019 – 31.12. 2020

Projektpartner: ifn Forschungs- und Technologiezentrum GmbH, Elsteraue

Beschreibung des Projekts:Sprühmikronisierte Wachse haben ein großes Potential als eigenschaftsbestimmende Zusätze in Formulierungen für Druckfarben, Lacken und Farben oder Masterbatch-Anwendungen. Im Vergleich zu etablierten Verfahren der Herstellung mikroskaliger sphärischer Kunststoff- und Wachspartikel kommt das Verfahren der Sprühmikronisierung im Prinzip ohne Hilfsstoffe, insbesondere wässriger Medien, aus. Dadurch lassen sich die Partikel schnell, kostengünstig und in hoher Reinheit herstellen. Ein derzeit noch großes prozesstechnisches Problem ist jedoch die werkstoffabhängig oftmals auftretende Agglomeration der mikroskaligen Wachspartikel. Das Hauptziel des Projektes sind daher die kritische Erforschung und Entwicklung eines geeigneten Herstellungsverfahrens zur Verhinderung der Partikelagglomeration beim Sprühprozess von Wachsen. Da der Sprühprozess noch weitgehend unverstanden ist, sind zur Erreichung dieses Zieles grundlegende theoretische Arbeiten und Untersuchungen notwendig. Diese betreffen die Kinetik der Tropfenentstehung, das Abkühlungsverhalten der versprühten und mikronisierten Wachspartikel sowie das Verhalten der Partikel bei deren elektrostatischer Aufladung. Für die Grundlagenuntersuchungen sind spezielle Messtechniken unabdingbar, die teilweise eigens für das Vorhaben entwickelt werden müssen. Für die praktische Umsetzung werden Verfahren benötigt, die den unerwünschten Effekt der Partikelagglomeration wesentlich vermindern. Die Ergebnisse aus den Grundlagenuntersuchungen bilden dafür die Basis. Darauf aufbauend ist ein Mess- und Regelsystem zu entwickeln, mit dem der Herstellungsprozess der Wachspartikel optimiert werden kann.

Projektziel:Das Ziel dieses Projekts liegt einerseits in der Neuentwicklung einer innovativen Messtechnik zur quantitativen Erfassung elektrostatischer Phänomene an Wachspartikeln und andererseits in der Entwicklung sowohl einer optimalen Messtechnik als auch optimierter Wachspartikel ohne elektrostatische Phänomene sowie der Entwicklung einer optimierten, speziell auf die Anforderungen abgestimmten Technikumsanlage.

Laufzeit: 01.10.2018 bis 31.01.2021

Beschreibung des Projekts: Neben Ruß werden z. B. in Reifenlaufflächen Silica als verstärkender Füllstoff eingesetzt, da dadurch der Rollwiderstand und der Abrieb verringert und das Naßgriffverhalten, im Vergleich zu rußverstärkten Elastomerwerkstoffen, verbessert werden. In den letzten Jahren haben sich Hersteller für synthetische Kautschuke intensiv mit der Verbesserung der Silica/Kautschuk-Wechselwirkung beschäftigt, um die Endeigenschaften der Reifenlauffläche zu verbessern. Um diesen Vorteil nicht durch eine kurze Lebensdauer zu verlieren ist es wichtig sich auch mit dem Alterungsverhalten zu beschäftigen. Aus Untersuchungen mit rußgefüllten Elastomerwerkstoffen ist bekannt, dass die Wirksamkeit der Alterungsschutzmittel sehr unterschiedlich sein kann. Für mit Silica verstärkte Elastomere existieren darüber noch nicht viele Untersuchungen. Zusätzlich muss für füllstoffverstärkte Elastomere berücksichtigt werden, dass teils unerwünschte und bisher nicht detailliert untersuchte Wechselwirkungen zwischen Füllstoffoberfläche und dem Alterungsschutzmittel bestehen können, die die Alterungsbeständigkeit wesentlich beeinflussen.

Projektziel: In dieser Arbeit soll das Alterungsverhalten von silicaverstärkten Elastomeren auf Basis von SBR und SBR-Blends untersucht werden. Hierzu soll der Einfluss von stofflichen und technologischen Parametern auf die Beständigkeit der Vulkanisate analysiert werden. Dazu werden die mechanischen und physikalischen Eigenschaften untersucht, um dann Struktur-Eigenschafts-Korrelationen erarbeiten zu können.

Projektlaufzeit: 18.04.2017 – 17.04. 2020

Projektpartner: Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle

Beschreibung des Projekts: Additive Verfahren wie Fused Deposition Modeling (FDM), Selektives Lasersintern (SLS) oder Stereolithographie (SL) ermöglichen die schnelle Herstellung individualisierter Bauteile und werden daher einen Schwerpunkt der Entwicklung der Industrie 4.0 bilden. Das FDM-Druckverfahren ist so weit entwickelt, dass mit einer Vielzahl von am Markt erhältlichen Werkstoffen und Farben hochwertige und strukturell belastbare Bauteile gefertigt werden können. Trotz einer Vielzahl an wissenschaftlichen Untersuchungen zum FDM-Druckverfahren fehlen sowohl eine systematische, wissenschaftlich fundierte Betrachtung des Deformations- und Bruchverhaltens von FDM-Produkten als auch eine Grundlage zur Berechnung der Festigkeit von FDM-Bauteilen bzw. zur Bauteilauslegung. Diese Lücken sollen im Rahmen dieses Projekts gefüllt werden. Basierend auf den ermittelten mechanischen und bruchmechanischen Werkstoffeigenschaften und den Strukturen im Inneren und an der Oberfläche, sollen Auslegungskriterien für additiv gefertigte Bauteile entwickelt werden.

Projektziel: Das Ziel dieses Projekts liegt in der Entwicklung von bruchmechanischen Methoden zur Bewertung des Deformations- und Bruchverhaltens von FDM-Werkstoffen. Darauf basierend werden Auslegekriterien von additiv gefertigten Bauteilen entwickelt.

• Complete overview of publications and qualification works in the PSM wiki
• Book collection of the Stiftung Akademie Mitteldeutsche Kunststoffinnovationen