Vortrag
Orientierte Carbon-Nanofasern/Nanotubes zur gezielten Verstärkung von Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen
Mittwoch (26.06.2019) 16:35 - 16:55 UhrCarbon Nanofasern (CNF) oder Carbon Nanotubes (CNT) können auf Grund ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften bereits in sehr niedrigen Füllgraden als effiziente Verstärkung für diverse Polymer-Matrizes herangezogen werden. Dazu werden CNF und CNT in flüssiges Harz eingemischt und fein verteilt. Das nanogefüllte Harz kann entweder direkt zur Aushärtung gebracht oder für die Herstellung von nano-verstärkten Faserverbunden (Kohlenstoff-Fasern oder Glasfasern) verwendet werden. Dabei erhält man allerdings nur zufällig orientierte CNF bzw. CNT. Wesentlich bessere Verstärkung kann durch Vorzugsorientierung erzielt werden. Insbesondere können damit traditionelle Schwachpunkte ausgeglichen werden, wie zum Beispiel der schwache Zusammenhalt von Faserlagen in schichtweise aufgebauten Kohlefaser-Verbundwerkstoffen.
Eine sehr effiziente Methode der berührungsfreien Vorzugsausrichtung von anisotropen Nanofüllern ist die sogenannte Dielektrophorese. Dabei wird ein elektrisches Wechselfeld angelegt, in dem sich die CNF bzw. CNT entlang der Feldlinien ausrichten. Auf diese Weise wurden nanogefüllte Kohlenstofffaser-verstärkte Kunststoffe (CFK) mit senkrecht zu den Kohlenstofffaserlagen orientierten CNF bzw. CNT hergestellt, und zwar in einem industriell kompatiblen Prozess direkt in einer Heizpresse.
Unsere „hierarchischen Verbundwerkstoffe“ wiesen wesentliche Steigerungen der mechanischen Performance auf: erhöhte Zugfestigkeit, Biegemodul, Biegefestigkeit und interlaminare Festigkeit im Vergleich zu Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen ohne Nanofüller oder mit zufällig orientierten Nanofüllern. Durch die Herstellung direkt in der Heizpresse konnte das Verfahren auch auf moderat komplexe 3D Bauteile angewendet werden.
