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Bio-basierte Additive für nachhaltige Kunststoffe

Dr. Diana Freudendahl, Dr. Ramona Langner, Dr. Heike Brandt

Maßgeschneiderte Kunststoffe sind heute extrem vielseitig einsetzbar, ihre Anwendungen reichen von Lebensmittelverpackungen, über dünne feuerfeste Dämmplatten und körperresorbierbare Nahtmaterialien bis hin zu Motorenaufhängungen im Automobil. Um diese Bandbreite an Anwendungen zu erreichen, werden Kunststoffe mit sehr unterschiedlichen, aber auch sehr spezifischen Eigenschaften benötigt. Ermöglicht wird diese Einstellung von Eigenschaften durch das Beimischen von Additiven und Füllstoffen. So werden beispielsweise Farbpigmente zum Einfärben genutzt; zur Erhöhung der Bruchfestigkeit können Glas- oder Carbonfasern sowie Nanomaterialien beigemischt werden, während Öle und Wachse die Fließeigenschaften während der Verarbeitung verbessern. Im Laufe der letzten Jahrzehnte kam es seitens der Verbraucher zu einem deutlich gesteigerten Interesse an Biopolymeren, weshalb zunehmend auch natürliche und biologisch abbaubare Zuschlagstoffe in den Fokus geraten. Auch die Umweltfreundlichkeit der jeweiligen Herstellungsmethoden für Additive, sowie des gesamten Herstellungsprozesses sind zu entscheidenden Aspekten geworden. Weiterlesen

Neue Moleküle für innovative Hightech-Materialien

Schematische Darstellung eines Sandwich-Komplexes mit einem aus verschiedenen Elementen zusammengesetzten unteren Ring (Grafik: KIT)

Schematische Darstellung eines Sandwich-Komplexes mit einem aus verschiedenen Elementen zusammengesetzten unteren Ring (Grafik: KIT)

Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert Arbeit an Sandwich-Komplexen von Professor Peter Roesky über ein Reinhart Koselleck-Projekt

Seltene Erden sind durch ihre besonderen Eigenschaften Bestandteil vieler Hightech-Produkte. An neuen Möglichkeiten für den Einsatz der Elemente arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Das Team stellt sogenannte Sandwich-Komplexe mit Seltenen Erden her, welche perspektivisch als neuartige molekulare Materialien für leistungsfähigere Speichermedien oder Displays dienen könnten. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die wegbereitende Studie mit 500.000 Euro als Reinhart Koselleck-Projekt. Weiterlesen

Intelligente Materialwahl mit Ansys Granta Selector

Granta Design ist einer der Pioniere für intelligente Werkstoffauswahl.
Seit 2019 führt Ansys die Entwicklung der Software fort und unterstützt nicht nur Ingenieure aus Forschung und Entwicklung, fundierte Materialentscheidungen auf verlässlicher Basis zu treffen.

Bereits in der Designphase werden die Weichen für die späteren Gesamtkosten des Produktes gestellt.
Das Ziel, maximale Steifigkeit bei minimalem Gewicht zu erreichen, steht dabei nicht im luftleeren Raum. Denn es gilt, wirtschaftliche Gesichtspunkte wie den Materialpreis sowie Fertigungsrestriktionen zu berücksichtigen.
Auch gesetzliche Vorgaben, die zum Beispiel durch REACH und RoHS eingefordert werden, sind zu prüfen.

Im CADFEM Webinar wird anhand einer typischen Aufgabenstellung aus dem Leichtbau gezeigt, wie Sie Anforderungen, Zwangsbedingungen und Ziele für Ihre Materialauswahl definieren und mit Hilfe der Software Ansys Granta Selector, unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen, das geeignete Material ermitteln können.

Anmeldung: https://www.cadfem.net/de/de/strukturierte-materialauswahl-mit-ansys-granta-selector-16936.html?utm_source=Werkstoffe%20in%20der%20Fertigung-newsletter-webinar-granta&utm_medium=newsletter&utm_campaign=Granta%20Webinar%2024515

Amorphe Metalle: Werkstoff für Innovationen

Im Spritzguss-Verfahren lassen sich amorphe Legierungen in weniger als zwei Minuten zu Bauteilen mit engen Toleranzen fertigen. Die Löffel aus amorphem Metall sind hier noch durch den Anguss miteinander verbunden. (Quelle: Heraeus AMLOY)

Im Spritzguss-Verfahren lassen sich amorphe Legierungen in weniger als zwei Minuten zu Bauteilen mit engen Toleranzen fertigen. Die Löffel aus amorphem Metall sind hier noch durch den Anguss miteinander verbunden. (Quelle: Heraeus AMLOY)

Der Schlüssel zum Erfolg von Elektromobilität, Energiewende und Medizin der Zukunft ist die Verwendung neuer Werkstoffe: Amorphe Metalle sind echte Multitalente und vereinen Eigenschaften, die sich bisher gegenseitig ausschlossen. Sie entstehen durch das Schockfrosten von metallischen Schmelzen. Die Atome haben dabei keine Gelegenheit, ein kristallines Gitter zu bilden und erstarren ungeordnet (amorph). Das Material ist extrem fest und zugleich hochelastisch, zeigt sehr gute Federeigenschaften, ist äußerst korrosionsbeständig und schockabsorbierend. Das macht amorphe Metalle zum idealen Werkstoff für verschleißfeste Antriebskomponenten, stabile Federungen, Membranen für Sensorik oder Gehäuse für Unterhaltungselektronik. Weiterlesen

Neue Materialien: Strahlendes Weiß ohne Pigmente

Nach dem Vorbild des weißen Käfers Cyphochilus insulanus erzeugt ein nanostrukturierter Polymerfilm eine strahlend weiße Beschichtung.

Nach dem Vorbild des weißen Käfers Cyphochilus insulanus erzeugt ein nanostrukturierter Polymerfilm eine strahlend weiße Beschichtung. (Foto: Julia Syurik, KIT)

Nanostrukturierte Polymerfolie erreicht weiße Optik ohne Einsatz von umweltbelastendem Titandioxid – Käferpanzer als Vorbild

Polymerfolien, die extrem dünn sind und eine hohe Lichtstreuung aufweisen, sind das Ergebnis eines neuen Verfahrens aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Das kostengünstige Material lässt sich industriell auf unterschiedlichsten Gegenständen aufbringen, um ihnen eine attraktive weiße Optik zu verleihen. Zudem kann das Verfahren Produkte umweltfreundlicher machen. Weiterlesen

Qualitätssicherung mittels Spektroskopie bei der laserbasierten experimentellen Werkstoffentwicklung

Abstract

Die Entwicklung und Verfügbarkeit von Werkstoffen und den aus ihnen herstellbaren Werkzeugen und Produkten sind seit jeher die Basis für den technischen und sozialen Fortschritt. Nicht zuletzt für metallische Konstruktionswerkstoffe gilt jedoch, dass ihre Leistungsgrenzen in vielen Anwendungsgebieten bereits erreicht worden sind. Die zunehmenden Anforderungen an Eigenschaften und Qualität der Werkstoffe machen somit Innovationen in der Werkstoffentwicklung erforderlich. Mit der neuen Methode des Laser-Tieflegierens sollen die Grenzen der konventionellen Schmelzmetallurgie überwunden werden. Das Ziel dieser experimentellen Werkstoffentwicklung ist eine hochdurchsatzfähige und reproduzierbare Erzeugung von chemisch homogenen Legierungsvarianten. Die Beherrschung des Tieflegierprozesses hinsichtlich der Homogenität des Umschmelzbades ist hierfür ein wichtiger Schritt und soll mittels in-situ-Erfassung des Emissionsspektrums des prozessinduzierten Plasmas sichergestellt werden. In ersten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass der zeitliche Verlauf einer Chromlinie dafür geeignet ist, während des Umschmelzvorgangs die Veränderung des Elementgehaltes innerhalb des Umschmelzbades zu beobachten. So stellte sich beim Tieflegieren von einem Grundsubstrat aus unlegiertem Einsatzstahl 1.0401 mit einer vordeponierten Schicht aus einem pulverförmigen Edelstahl 1.4404 die Intensität der Chromlinie spätestens nach zwei Umschmelzvorgängen, was einer Dauer von 1,1 s entspricht, auf ein konstantes Niveau ein.

Bild 1: Laser-Tieflegieren mit Prozessüberwachung mittels Spektroskopie.

Bild 1: Laser-Tieflegieren mit Prozessüberwachung mittels Spektroskopie.

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Eine Legierung, die bei hohen Temperaturen ihr Gedächtnis behält

Auch beim hundertsten Mal findet das Material beim Erhitzen in seine ursprüngliche Form zurück.

Per Computersimulation berechnete Alberto Ferrari einen Designvorschlag für eine Formgedächtnislegierung, die auch bei hohen Temperaturen lange leistungsfähig bleibt. Alexander Paulsen stellte sie her und bestätigte experimentell die Vorhersage. Mit der Legierung aus Titan, Tantal und Skandium steht nicht nur eine neue Hochtemperaturformgedächtnislegierung zur Verfügung. Das Forschungsteam vom Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (Icams) und vom Institut für Werkstoffe der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat auch gezeigt, wie man mithilfe theoretischer Vorhersagen schneller zu neuen Materialien kommt. Weiterlesen

Leicht, stark und zäh: Forscher der Universität Bayreuth entdecken einzigartige Polymerfasern

Elektrospinnen einer multifibrillaren Polyacrylnitrilfaser.

Elektrospinnen einer multifibrillaren Polyacrylnitrilfaser. © Universität Bayreuth / Jürgen Rennecke.

Extrem belastbar und zugfest, und dabei zäh und federleicht – Materialien mit dieser außergewöhnlichen Kombination von Eigenschaften werden in vielen Industriebranchen sowie in der Medizin dringend benötigt und sind ebenso für die wissenschaftliche Forschung von großem Interesse. Polymerfasern mit eben diesen Eigenschaften hat jetzt ein Forschungsteam der Universität Bayreuth entwickelt. Gemeinsam mit Partnern in Deutschland, China und der Schweiz wurden die Polymerfasern charakterisiert.
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Luftig-leichte Iridium-Elektrode

Hochporöse Mikropartikel für Iridium-Elektrode

Hochporöse Mikropartikel für Iridium-Elektrode
Copyright: C. Hohmann, LMU

Das Edelmetall Iridium ist bestens für die Gewinnung von Wasserstoff per Elektrolyse geeignet – und enorm teuer. Richtig sparen kann man mit einer neuen Elektrode aus hochporösem Material, die bereits mit einem Hauch Iridiumoxid hervorragende Ergebnisse erzielt.

Das Motto einer besonders effektiven Elektrolysemethode zur Wasserstoffgewinnung lautet: Membran statt flüssigen Elektrolyten. Die Wasserstoff-Ionen wandern hierbei über eine Protonen-Austausch-Membran (PEM) von der Sauerstoff bildende Anode zur Wasserstoff bildenden Kathode. Die Membrantechnik hat viele Vorteile. Die Elektrolysezelle wird durch die dünne Membran schlanker und vielseitiger einsetzbar. Das System ist ohne Elektrolytlösung fast wartungsfrei. Es hält hohen Druck aus und reagiert in Sekundenschnelle auf schwankende Stromzufuhr. Weiterlesen

Neue Verbundwerkstoffe: biobasiert, funktionalisiert und mechanisch hochfest

Amorphes und kristallines Polylactid Granulat.

© Fraunhofer ICT
Amorphes und kristallines Polylactid Granulat.

Die große Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten macht klassische Faserverbund-Werkstoffe in der Produktion beliebt – trotz relativ hohem Herstellungs- und Entsorgungsaufwand. Diese Nachteile vermeidet der neue selbstverstärkte Verbundwerkstoff aus Polyactid (PLA), der im Rahmen des Projektes »Bio4self« unter Beteiligung des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT entwickelt wurde. Er ist biobasiert, leicht zu recyceln und günstiger in der Produktion – ideal für den Einsatz in Sport-, Automobil- und medizinischen Anwendungen. Weiterlesen