Kategorie: Werkstoffe und Materialien

Spannende Beiträge, informative Fachartikel und die neusten Entwicklungen aus dem Themengebiet Werkstoffe und Materialien.

Faserverbundwerkstoffe mit Cellulosefaserverstärkung für Automobilanwendungen

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Autoren: Katrin Ganß, Thomas Reußmann, Renate Lützkendorf

Einleitung

Naturfasern wie Flachs, Hanf oder auch Kenaf werden seit mehr als 30 Jahren in der Automobilindustrie zur Herstellung naturfaserverstärkter Kunststoffe (NFK) bspw. für Türverkleidungen, Instrumententafelträger oder Kofferraumauskleidungen eingesetzt. Mittlerweile haben sich diese Materialien unter anderem aufgrund ihrer hervorragenden Performance wie:

  • hohe mechanische Kennwerte,
  • gute Dämpfungseigenschaften und
  • der geringen Faser- bzw. Verbunddichte

fest etabliert [1]. Insbesondere die geringe Verbunddichte (bei gepressten Bauteilen mit PP-Matrix bis zu 0,6 g/cm³ möglich [2]) macht NFK vor allem im Hinblick auf ihr Leichtbaupotential sehr interessant [3].Trotz der überaus positiven Eigenschaften, welche den breiten Einsatz dieser Verbunde in der Industrie erst ermöglichten, gibt es auch Defizite [1, 4]:

  • Emissionen (Fogging, Geruch), welche durch die chemische Zusammensetzung (insbesondere Pektine, Wachse, Lignin) hervorgerufen werden
  • Niedrige Schlagzähigkeit (problematisch bei crashbeanspruchten Bauteilen)
  • Natürliche Qualitätsschwankungen (Feinheit, Festigkeit, Faserlänge, Schäbenanteil)
  • Lokal begrenzte Verfügbarkeit und Preisschwankungen

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Vom Baum zum Strukturschaum

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© Foto Fraunhofer IMWS
Ausgangsstoffe für biobasierte Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen

Am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS wurden in einem Verbundforschungsprojekt des Spitzenclusters BioEconomy Kunststoffe aus Biomasse entwickelt. Entstanden sind nachhaltige Biopolymere auf Basis von Tallöl, die als Bodenbeläge und Strukturschaumstoffe Anwendung im Haus- und Möbelbau finden können.

Unzählige Produkte des täglichen Lebens werden aus Erdöl hergestellt. Doch der Rohstoff ist eine endliche Ressource. Um den industriellen Bedarf langfristig zu befriedigen und dabei das Klima zu schonen, müssen Alternativen auf Basis nachwachsender Rohstoffe gefunden werden, die fossile Rohstoffe in der Zukunft ersetzen können. Weiterlesen

Thermomanagement durch Kunststoff – Wärmeleitfähige Kunststoffe clever eingesetzt

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Abbildung 1: Entwicklungsschema
„Wärmeleitfähige Kunststoffe“

Autoren: Thies Falko Pithan, Dipl.-Ing. Michael Tesch

Kunststoffe sind klassische Isolatoren, die sowohl für thermische als auch für elektrische Abschirmungen genutzt werden. Durch die vielseitigen Möglichkeiten der Additivierung eines Kunststoffs können jedoch sowohl Wärmeleitfähigkeiten wie auch elektrische Isolationseigenschaften in einem Material vereint werden. Es stellt sich die berechtigte Frage, warum durch aufwändige Material­modifizierung ein Isolationsmaterial zum Wärmeleiter umgewandelt werden sollte?

Für die Substitution von herkömmlichen Kühlkörpermaterialien durch wärmeleitfähige Kunststoffe sprechen neben den Additiverungsmöglichkeiten vielfältige Gründe: wirtschaftliche Fertigung, Leichtbau, neue Baugruppenkonzepte, hohe Gestaltungsfreiheit und/oder Funktionsintegration. Durch die Substitution von wärmeleitfähigen, oftmals metallischen Materialien können vor allem Anwendungen profitieren, die bislang mit Kühlkörpern zum Beispiel aus Aluminium hergestellt wurden. Weiterlesen

Papierartige Werkstoffe für Falt- und Honigwaben-Sandwichkerne

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In einem Forschungsvorhaben wurden von der Papiertechnischen Stiftung (PTS) und der Technischen Universität Dresden, Institut für Luft- und Raumfahrttechnik, adaptierte papierartige Werkstoffe für Falt-und Honigwabenkernen in Sandwichstrukturen für den Einsatz in Leichtbaustrukturen entwickelt. Dieses Material besitzt ein deutlich erweitertes Anwendungsfeld und kann in vielfältiger Weise für innovative Produkte im Bereich der leichtgewichtigen Sandwich-Strukturen eingesetzt werden. Die Verbesserung der gewichtsspezifischen Kerneigenschaften durch Einsatz des entwickelten Kernwerkstoffes konnte experimentell und numerisch nachgewiesen werden. Weiterlesen

Neues energieeffizientes Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffasern

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© Foto Fraunhofer IWS Dresden
Kohlenstofffaser während der Karbonisierung im Kaltwandreaktor mit Faserdirektheizung

Dresdner Wissenschaftler des Fraunhofer IWS und der TU Dresden haben eine neue energieeffiziente Verfahrenskette zur Herstellung von Kohlenstofffasern entwickelt. Kernpunkt ist die Umwandlung von Präkursor-PAN-Fasern durch Stabilisierung, Karbonisierung und Graphitisierung. Damit kann künftig die Herstellung von Kohlenstofffasern deutlich preiswerter werden. Weiterlesen

„Ressourceneffiziente Entwicklung von thermisch hochbelastbaren Motorkomponenten aus hybriden Werkstoffverbunden – Experimentelle & numerische Analyse“

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Landgrebe D., Krüger L., Schubert N., Jentsch E., Lehnert T.

Abstrakt

Anforderungen an Umwelt- und Klimaschutz, wachsender Energiebedarf, steigende Energiekosten sowie die Erhöhung der Sicherheit bilden den Ausgangspunkt für Forschungstätigkeiten im maritimen Sektor. Im Rahmen des Verbundprojektes »INKOV – Entwicklung innovativer Kolben- und Ventillösungen mit Werkstoffverbunden in Schiffsmotoren« werden metallische Werkstoffverbunde entwickelt und untersucht, durch deren Einsatz in schwerölbetriebenen Großmotoren Stickoxid-Emissionen reduziert werden sollen. Weiterlesen

Innovatives metallisches Papier am Fraunhofer IFAM Dresden entwickelt

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© Foto Fraunhofer IFAM Dresden
Papiertechnologisch verarbeitete Sinterpapiere (Kupfer und Edelstahl)

Den Forschern des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden ist es in Zusammenarbeit mit der Papiertechnischen Stiftung in Heidenau gelungen, durch die Kombination der Eigenschaften von Papier und Metall ein leichtes, flexibles und gleichzeitig festes Material zu entwickeln. Der metallische Werkstoff auf Basis eines metallisch gefüllten Sinterpapiers ist besonders gut geeignet für Anwendungen in der Filtration, als Membranmaterial, der Katalysatortechnik oder dem Wärmemanagement. Weiterlesen

Kompositwerkstoffe aus erneuerbaren Biomaterialien

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Abb. 1: Stabilisierungsanlage im ITCF

Start des europäischen Forschungsprojektes LIBRE mit Beteiligung des ITCF

Als Public-Private Parnership (PPP) startet ein europäisches Forschungsprojekt zur Entwicklung von Lignin-basierten Carbonfasern zum Einsatz in Faserverbundwerkstoffen. Neben namhaften Firmen und Forschungsinstitutionen aus ganz Europa beteiligt sich auch das ITCF Denkendorf an dem Projekt. Ziel des sogenannten ‚LIBRE-Projektes‘ (Lignin Based Carbon Fibres for Composites) ist die Entwicklung neuer, biobasierter Kompositmaterialien: Lignin aus der Zellstoff- und Papiererzeugung soll hierbei den Rohstoff für hochfeste Carbonfaser-Verbundwerkstoffe liefern. Weiterlesen

Die Königsklasse unter den Hochleistungskeramiken

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Bild 1: Zahnräder aus Siliziumnitrid

Der technische Fortschritt hängt von Werkstoffen ab, die es ermöglichen, leistungsstarke Komponenten und Systeme herzustellen. Einer dieser Werkstoffe ist Siliziumnitrid (Si3N4), eine Hochleistungskeramik, die sich durch eine Kombination außergewöhnlicher Eigenschaften auszeichnet, aber auch hohe Anforderungen an die Verarbeitung stellt. Der Keramikspezialist Sembach erweitert derzeit seinen Maschinenpark, um Großserienbauteile aus gesintertem Siliziumnitrid (SSN) wirtschaftlich herstellen zu können. Weiterlesen

Hochleitfähige Kunststoffe durch speziell angepasste Graphite

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Graphit eignet sich aufgrund seiner exzellenten thermischen Leitfähigkeit ideal als funktionelles Additiv für Wärmemanagementaufgaben in E&E-Anwendungen und Automotive. Die Produktpalette der Graphite ist vielfältig, wobei sich diese gravierend in der Performance unterscheiden. Durch die Auswahl geeigneter, teils modifizierter Graphite lassen sich die Eigenschaften je nach Anwendung entsprechend optimieren. Weiterlesen