Faserverstärkte Nanocomposites: Herstellung, Struktur und Eigenschaften

Abstract

Am DLR Institut für Strukturmechanik wurde ein neuer innovativer Weg gewählt, die bisherigen werkstofflichen und verfahrenstechnischen Defizite der bereits gut etablierten Injektionstechnologie gegenüber der Prepreg-Technik zu kompensieren. Mit der im Institut entwickelten Single-Line-Injection-Technik (SLI) wird die Optimierung der Verbundqualitäten durch die Verwendung von Nanocomposites vorgestellt. Es wird anhand eines ausgewählten Nanopartikelsystems gezeigt, dass die mechanischen und thermischen Leistungsparameter eines erprobten Hochleistungsepoxidharzes gezielt verbessert werden können und dieses bereits bei verhältnismäßig geringen Füllstoffgehalten. Näher betrachtet wird ein mit nanoskaligem Siliziumdioxid gefülltes Epoxidharz, welches mit hohen Steifigkeiten und Festigkeiten im Vergleich zum Reinharz ausgestattet werden kann. Voraus-setzung ist eine effiziente Dispergiertechnologie, da nur eine sehr homogene Partikelverteilung im Harz zu besten Kennwerten führt. Für den untersuchten Füllstoffbereich (≤ 25 Gew.% SiO2) ändert sich die Anfangsviskosität, die Topfzeit und die Dichte des nanomodifizierten Epoxidharzes (Nanocomposite) im Vergleich zum Referenzharz nur gering bzw. ist verfahrenstechnisch tolerabel. Folglich bleibt die Injektionsfähigkeit erhalten und ebenso wird die Leichtbauweise unterstützt. Des weiteren werden erste Ergebnisse von fa-serverstärkten Verbunden (GFK) vorgestellt, die mit nanoskaligem Si02-Partikeln gefüllt sind und mittels SLI-Technologie gefertigt wurden. Insbesondere die signifikante Zunahme des Zugmoduls und dessen große Linearität im Spannungs-Dehnungs-Diagramm führt zur Reduktion von Zwischenfaserbrüchen und zur Verbesserung der allgemeinen Werkstoff-Performance im Vergleich zum ungefüllten Faserverbund. Der größere schädigungsfreie Bereich – gemessen unter statischen Bedingungen – dürfte auch zu einem verbesserten Verbundverhalten unter dynamischen Wechsellasten führen (höhere Dauerbetriebsfestigkeit). Somit eröffnen die neuartigen Faserverbunde die Erschließung neuer Anwendungsfelder und erhöhen das Einsatzpotential der SLI-Technologie.