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Werkstoff

Materialentwicklung

Entwicklung maßgeschneiderter Compounds

Neben klassischen Thermoplasten wie Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyestern, Polyamiden, Polycarbonaten oder Styrolcopolymeren sowie deren Blends forschen wir an der Entwicklung von Biopolymeren, Wood Polymer Composites (WPC), Hochleistungskunststoffen, Nanocomposites und thermoplastischen Elastomeren (TPE).


Wählen Sie aus unseren Forschungbereichen

Die Suche nach dem idealen Werkstoff

Materialien lassen uns instinktiv entscheiden, ob wir etwas angenehm oder attraktiv finden. Mit der Wahl optimaler Materialien und Verarbeitungsprozesse wird der Grundstein für ein erfolgreiches Produkt gelegt. Dazu gehört auch das Verständnis der physikalisch-chemischen Zusammenhänge. Diese zu verstehen und clever zu nutzen ist ein Kernthema der Materialentwicklung am SKZ. Mit unserem Fingerspitzengefühl für die „Struktur-Eigenschaftsbeziehungen“ beantworten wir die Fragen unserer Kunden: „Wie kann ich meine Ideen in Kunststoff verwirklichen?“

In der Gruppe Materialentwicklung arbeiten wir mit der Fülle der am Markt verfügbaren Polymere, mit funktionalen Füll- und Verstärkungsstoffen sowie mit der ganzen Vielfalt an Additiven, um daraus je nach Anforderung möglichst universelle oder kundenspezifische Compounds zu erstellen. Die Rezepturen werden entweder durch Spezialverfahren hergestellt, oder es kommen Labormaschinen zum Einsatz, deren erfolgreiche Musterproduktion später auf den Industriemaßstab („scale-up“) übernommen werden kann. 

Langjährige Kooperationen mit Rohstoffherstellern, Marktkenntnis und Überblick ermöglichen uns zielgerichtete Entwicklungen von Rezepturen und deren spezifische Prüfungen. Wir kennen die Zusammenhänge zwischen Herstellung, Verarbeitung, Vermarktung, Zulassungen und vielen weiteren Anforderungen an Produkte aus Kunststoffen. 

Die Materialentwicklung begleitet die Produkte nicht nur über ihre Lebensdauer, sondern sie berücksichtigt ebenso die weitere Verwendung oder die Verwertung im Sinne des Recyclings. Polymere leisten uns tagtäglich viele gute Dienste; sie sind wertvolle Materialien, die im Stoffkreislauf so lange wie möglich gehalten werden müssen, am besten im Sinne von „cradle2cradle“, aber auch bei allen anderen Möglichkeiten der Verwertung. Angefangen beim Granulat liegt uns jedes einzelne Körnchen Kunststoff am Herzen!

Unsere Begeisterung für innovative Materialien stellen wir zahlreichen Industrie- und Forschungspartnern zur Verfügung. Verwirklichen Sie mit uns Ihre Ideen in Kunststoff!

Dr.-Ing. Michael Bosse
Gruppenleiter Materialentwicklung
Würzburg
+49 931 4104-529
m.bosse@skz.de

Dienstleistungen

Materialrecherche

Für Neuentwicklungen, Alternativmaterialien, den Einsatz von Rezyklaten oder innovative Compounds recherchieren wir passende Materialien in Datenbanken von Herstellern, Organisationen und Forschungseinrichtungen. Hierbei setzt sich ein Materialprofil aus zahlreichen Anforderungen zusammen – seien es mechanische, thermische oder rheologische oder ganz andere Charakteristika, die das Wesen eines Kunststoffs ausmachen.

Rezepturerstellung

Eine gelungene Rezeptur aus Grundmaterial, Additiven und funktionalen Füll- oder Verstärkungsstoffen eröffnet für die Produktentwicklung ungeahnte Möglichkeiten. Die Leistungsfähigkeit neuer Mischungen abzuschätzen, erfordert das Wissen um die physikalisch-chemischen Wechselwirkungen, Erfahrung und Neugierde. Ebenso wichtig ist es zu wissen, welche Möglichkeiten ein solches Compound eröffnet. 

Materialmuster

In unserem Compoundiertechnikum erstellen wir im Kleinst- und Labormaßstab bis ca. 50 kg/h thermoplastische Compounds nach Ihren Vorgaben oder aus den erarbeiteten Rezepturen. Diese werden entweder durch Spezialverfahren hergestellt, oder es kommen Labormaschinen zum Einsatz, deren erfolgreiche Musterproduktion später auf den Industriemaßstab („scale-up“) übernommen werden kann. Auch hierbei stehen wir Ihnen direkt oder zum Beispiel durch Vermittlung innerhalb des SKZ-Netzwerkes gerne zur Seite. 

Komplette Beratungsleistungen

Eine Produktentstehung wird durch zahlreiche Einflussfaktoren bestimmt – ein Kunststoff kann seine ganze Leistungsfähigkeit nur entfalten, wenn Verarbeitung und Konstruktion mit ihm zusammenspielen. Hierzu müssen die Auswirkungen der Verarbeitung, aber auch mögliche Wechselwirkungen einschätzbar sein. Gemeinsam mit den unterschiedlichen Fachbereichen hier am SKZ beraten wir Sie auch in diesen Fragen. Fließsimulationen, FEM-Analysen, Ökobilanzen oder Konstruktionshinweise gehören ebenso dazu wie das Spritzgießen, Tiefziehen, Blasformen oder Extrudieren von Prüfteilen für Laborkennwerte oder akkreditierte Prüfaufträge. 

Technik

Technische Ausstattung – Polymeranalytik

Kunststoffe sind in allen Lebens- und Industriebereichen vertreten, oft als Wegwerfprodukt mit einmaliger Nutzung, aber auch als Hochleistungswerkstoff und für Langzeitanwendungen. Kunststoffe sind außerordentlich vielseitige Werkstoffe und prägen unser Zeitalter wie kaum ein anderes Material. Diese Vielseitigkeit ist begründet in einer Reihe physikalischer und chemischer, mikroskopischer und makroskopischer Merkmale, die das individuelle Eigenschaftsprofil jedes einzelnen Kunststoffes bestimmen. Um das optimale Einsatzgebiet jedes einzelnen Kunststoffes bestimmen zu können oder die Eignung eines Kunststoffes für eine bestimmte Anwendung zu prüfen, sind eine Reihe unterschiedlicher Analysemethoden von Nöten. 

In der Gruppe Materialentwicklung bieten wir eine große Auswahl unterschiedlicher Charakterisierungsmethoden an, die dabei helfen Ihre Materialien im Detail zu beleuchten. Über chromatographische Analysen, wie die Gelpermeationschromatographie (GPC) oder Gaschromatographie mit Massenspektrometriekopplung (GC/MS), erlangt man tiefe Einblicke in die molekulare Zusammensetzung von Polymeren Werkstoffen. Die GPC wird dabei für die Bestimmung der Molmassenverteilung und der Polydispersität eingesetzt, mithilfe derer man zum Beispiel Rückschlüsse auf den Polymerabbau nach Alterung ziehen kann. Mithilfe der GC/MS kann man hingegen leicht verdampfbare Polymerbestandteile (VOC) qualitativ und quantitativ analysieren. Dies ermöglicht zum einen die Bestimmung der direkten Emissionen aus den Kunststoffen, zum anderen können leichtflüchtige Abbauprodukte oder Kontaminationen bestimmt werden. 

Von zentraler Bedeutung für die Verarbeitbarkeit von Kunststoffen sind deren rheologische Eigenschaften. Für die Analyse stehen ein Hochdruckkapillarrheometer (HKR) mit der Möglichkeit der pVT-Charakterisierung sowie ein Schmelzindexprüfgerät (MFR) der Firma Göttfert zur Verfügung. Wo es sich beim Schmelzindex um eine Einpunktmessung handelt, kann mithilfe der Hochdruckkapillarrheometrie die komplette Scherviskositätsfunktion eines Polymers bei unterschiedlichen Temperaturen und Schergeschwindigkeiten ermittelt werden. Mit einem an das HKR gekoppelten Dehnungstester (Rheotens) kann zudem die effektive Dehnviskosität reproduzierbar bestimmt werden. Diese ist vor allem für Folienextrusion und Blasformen von Bedeutung. 

Neben Methoden zur Bestimmung von Partikelgrößenverteilungen von Pulvern mit dynamischer Bildanalyse oder Laserbeugung (Camsizer, Mastersizer) führen wir zudem Siebanalysen, die Bestimmung der Shore Härte, der Dichte mittels Auftriebsverfahren oder Flüssigkeitspyknometer, der Schüttdichte, der Rieselfähigkeit, des Füllstoffgehaltes durch Veraschung sowie mikroskopische Analysen wie REM/EDX (Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie), polarisations-, licht- und heiztischmikroskopische Untersuchungen von Kunststoffen durch. 

Publikationen

Aktuelle Forschungsprojekte und Veröffentlichungen

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