Entwicklung einer Auswahlmatrix zur frühen Materialbewertung auf Basis technischer Werkstoffeigenschaften und ökologischer Wirkungsindikatoren

Abstract

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung einer zweistufigen Bewertungsmatrix zur gesamtheitlichen Beurteilung mechanischer und ökologischer Kennwerte von Faserverbundwerkstoffen. Grundlage bildet das Material Design-for-X (M-DfX)-Konzept, das hier auf duroplastische Harzsysteme übertragen wurde. In der ersten Bewertung (Matrix I) erfolgt eine Vorauswahl anhand erfügbarer Datenblattwerte, die zweite Bewertung (Matrix II) basiert auf experimentell ermittelten mechanischen Kennwerten und Ökobilanzdaten. Die mechanischen Eigenschaften wurden im Dreipunkt-Biegeversuch bestimmt, die Umweltwirkungen wurden in einer Ökobilanz mit der Methode Environmental Footprint 3.1 berechnet.

In dieser Arbeit wurden die verfügbaren Proxywerte aus dem ecoinvent Datensatz verwendet und mit mechanischen Kennwerten aus unterschiedlichen Literaturangaben in der Matrix I gegenübergestellt. Dabei zeigen die Ergebnisse, dass Epoxidharze und Vinylesterharze die höchsten Festigkeiten, jedoch auch die größten Umweltwirkungen aufweisen. Ungesättigte Polyester- und Phenolharze sind ökologisch günstiger, erreichen jedoch geringere mechanische Kennwerte. Der Vergleich mit den realen Harzsystemen zeigt, dass das GURIT SA 130FR die besten mechanischen Kennwerte und das SICOMIN SR FireGreen die besten ökologischen Kennwerte aufweist. Bei der Darstellung von Kennwerten von FVK-Coupons zeigt sich, dass die Wahl der Faser einen hohen Einfluss auf die mechanische Festigkeit hat, hingegen die ökologischen Auswirkungen nur teilweise starke Unterschiede zeigen.

Die entwickelte Matrix stellt ein Werkzeug dar, um die Materialauswahl ganzheitlich betrachten zu können und ökologische Kriterien bereits in frühen Konstruktionsphasen gemeinsam mit den klassischen mechanischen Kennwerten zu berücksichtigen.