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Wirkprinzipien nanoskaliger Matrixadditive für den Faserverbundleichtbau

Projektbearbeitung: Dr. Reza Saadat

In der Auto- sowie Luft- und Raumfahrt-Mobilität finden Nanopartikel immer größere Bedeutung in Form homogen verteilter Füllstoffe in Nanokompositen. Die hervorragenden thermischen und mechanischen Eigenschaften der meist keramischen Nanopartikel lassen sich bereits bei einem geringen Massenanteil im Nanokomposit wiederfinden. Dadurch wird ein enormes Leichtbaupotential generiert, wobei die entstehenden Nanokomposit-Kunststoffe deutlich bessere mechanische Eigenschaften aufweisen, als die reinen Polymermaterialien. Um dies zu erreichen, ist die chemische Optimierung der wechselwirkenden Partikel notwendig, so dass eine maximale Ausnutzung dieses verstärkenden Effektes erzielt wird. Modifizierungen und Funktionalisierungen der Oberfläche der Nanopartikel können zu einer verbesserten Verknüpfung mit der Polymermatrix sowie einer gezielten Veränderung der Eigenschaften des Komposits führen.

Abbildung 1: Model der chemischen Funktionalisierung und Dispergierung von Nanopartikeln

Neben den Eigenschaften der Nanopartikel selbst haben vor allem die nachfolgenden Prozessschritte, wie Formulierung und Verarbeitung, maßgeblichen Einfluss auf die Strukturbildung und damit die Bauteileigenschaften. Die Ausbildung und Änderung dieser Strukturen und die sich daraus ergebenden Eigenschaften sind bislang nur punktuell untersucht. Ziel des Projektes ist daher die systematische Untersuchung des Einflusses der relevanten Parameter der einzelnen Prozessschritte auf die mechanischen Eigenschaften eines Nanokomposits. Hierbei wird der Einfluss des Herstellungsprozesses sowie der Formulierung auf den dispersen Zustand, genauso wie die gezielte Variation der Oberflächenchemie und Vernetzung sowie ihr Effekt auf die mechanischen Eigenschaften untersucht. Durch die Erarbeitung von Prozess-Eigenschafts- und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sollen möglichst allgemeingültige Zusammenhänge für die Kompositbildung gefunden werden.

Abbildung 2: Links: Probekörper eines Nanokomposits für mechanische Messungen.

Rechts: Unterschiedliche Konzentrationen eines Nanopartikelsystems in einem Polymer.

 
Im Rahmen dieses Projektes werden die Oberflächen der Partikelsysteme funktionalisiert, um die Wechselwirkung der Nanopartikel mit ihrer Umgebung zu optimieren. Die funktionalisierten Nanopartikel werden im Anschluss in eine Polymermatrix zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes, mit dem Ziel optimierte Werkstoffe für den Leichtbau zur Verfügung zu stellen, eingebettet.


AG – Mitarbeiter

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