Glasfaserverbundkunststoffe (FVK) mit thermoplastischer Polymermatrix sind die am weitesten verbreiteten Faserverbundwerkstoffe. Trotz ihres großen Produktionsvolumens weisen sie vergleichsweise schlechte mechanische Eigenschaften auf.

Diese schlechten mechanischen Eigenschaften sind auf Fehlstellen wie z.B. Lufteinschlüsse oder Faser-Faser-Kontakte zurückzuführen. Die Fehlstellen lassen sich durch den konventionellen Herstellungsprozess erklären: Glasfasern und Polymer werden getrennt voneinander hergestellt, miteinander kombiniert (häufig in einem Stapelprozess) und heiß miteinander verpresst (=konsolidiert). Dabei sind die Komponenten häufig unterschiedlich dick, was zu einem hohen Polymeranteil, einer ungleichmäßigen Verteilung sowie den oben erwähnten Fehlstellen führt.

Um diesen Kombinationsschritt zu umgehen, werden Glasfasern im Spinnprozess direkt mit einer dünnen Schicht (ca. 1 µm) aus thermoplastischem Polymer beschichtet. Hier sind prinzipiell verschiedene Methoden möglich, um die Beschichtung aufzutragen. Die aussichtsreichste Methode ist die Beschichtung mit einem niedermolekularen Precursor, der mittels UV-Strahlung in-situ auspolymerisiert. Allerdings ist der gesamte Prozess nur wirtschaftlich, wenn bestehende Spinnanlagen umgerüstet werden können. Somit muss ein Beschichtungs- und UV-Modul entwickelt werden.

Die größte Herausforderung ist bei der in-situ Polymerisation die enorm kurze Belichtungszeit. Bei angestrebten Spinngeschwindigkeiten von 1000 m/min beträgt die Belichtungszeit etwa 100 ms. Innerhalb dieser Zeit muss aus dem flüssigen Precursor ein fester Polymerfilm werden. Der Precursor muss dabei grundlegend drei Anforderungen erfüllen:

1.    Er muss hochreaktiv sein.
2.    Er muss ein Polymer mit geeigneten mechanischen Eigenschaften liefern.
3.    Er darf nicht giftig, krebserregend oder brennbar sein.

Innerhalb dieser Anforderungen werden verschiedene Initiatoren, Monomere und Additive getestet. Parallel werden der Umsatz und mechanische Eigenschaften analysiert und Spinnversuche durchgeführt. Die gesponnenen Hybridfasern werden optisch mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) untersucht und zu kleinen Organoblechen verpresst, die wiederum auch optisch untersucht und auf ihre mechanischen Eigenschaften geprüft werden.

Wir setzen somit zusammen mit unseren Projektpartnern an verschiedenen Punkten in Forschung und Entwicklung an: sowohl aus chemischer Sicht als auch aus verfahrenstechnischer Sicht gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, einen festen Polymerfilm zu generieren. Dabei ist die UIBK federführend in der Precursor-Entwicklung, die Easy-Tec GmbH leitet die Entwicklung des UV-Moduls und das Institut für Textiltechnik Aachen (ITA) forscht an der Implementierung von Beschichtungs- und UV-Modul in der Spinnanlage.

Aufbau der Spinnanlage für inline-Beschichtungen von Glasfasern (links) und Querschnitt einer beschichteten Faser (rechts).

Aktuelle Abschlussarbeiten

Aktuell sind keine Abschlussarbeiten ausgeschrieben. Falls Sie Interesse an einer Abschlussarbeit haben, wenden Sie sich bitte an Univ.-Prof. Dr. Oliver Strube bzw. an den entsprechenden Mitarbeiter des jeweiligen Projekts, auch wenn keine Arbeiten ausgeschrieben sind.

Ansprechpartnerin

Lea Senneka, M.Sc.

Lea.Senneka@uibk.ac.at
+43 512 507 553 20

Labor: CCB, Raum L.03.160

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Partner und Förderungen

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Die wichtigsten Publikationen zum Thema

​Thermoplastic bicomponent-fibers for organosheets via inline polymerization
Lea Senneka, Markus Haag, Alexander Lüking, David Wedegärtner, Thomas Gries, Oliver I. Strube,
Polymer Composites (2024).