Diese Seite jetzt teilen!

Material

Composites

Composites oder auch Kompositwerkstoffe sind Verbundwerkstoffe – also eine Kombination aus zwei Materialien, bei denen meist eine Trägermatrix als Basis dient. Dieser wird mit Verstärkungsfasern mehr Festigkeit und eine erhöhte Steifigkeit verliehen. Hierbei dient meist ein Kunststoff (Thermoplast oder Duromer) als Matrix und beispielsweise Glas-, Carbon- oder Naturfasern als Verstärkungsstoff für Composites. Faserverbundkunststoffe weisen hohe Steifigkeiten und Festigkeiten bei gleichzeitig geringem Gewicht auf. Composites sind damit ideale Werkstoffe für Leichtbauanwendungen.

Typische Beispiele sind GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) oder CFK (carbonfaserverstärkter Kunststoff). Aber auch Sandwichstrukturen mit Decklagen und einem leichten Kern (Schaum oder Wabenstruktur) zählen zu den Composites. Vorteile von Composites sind die hohe Festigkeit bei geringem Gewicht, die Möglichkeit zur Funktionsintegration und der Schutz der Fasern vor Korrosion durch die Kunststoffmatrix.

Composite sind z.B. im Bootsbau, in Windkraftanlagen, für Sportgeräte oder auch im Automotivbereich sehr wichtig. Die besonderen Eigenschaften ermöglichen neben der Anwendung im Maschinen- und Fahrzeugbau auch eine Substitution klassischer Werkstoffe im Bauwesen.

Ein Schwerpunkt unserer Forschungsarbeiten liegt in der Entwicklung innovativer Harzsysteme für faserverstärkte Kunststoffe (FVK). Dazu zählen unter anderem thermisch latente Epoxidharze für Prepreg-Anwendungen, selbstheilende Harzformulierungen sowie flammhemmende Beschichtungen für FVK.

Wir sind Ihr Ansprechpartner für öffentlich geförderte Projekte und direkte Kooperationen.
Sprechen Sie uns an!

Thomas Zimmermann

Gruppenleiter | Vernetzte Materialien

Würzburg

+49 931 4104-4116

t.zimmermann@skz.de

Dienstleistungen

Der Aufbau des Materialverbundes bei Faserverbundkunststoffen ermöglicht variable Bauteileigenschaften. Während des Produktlebens sollen sich diese Eigenschaften zur Erhaltung der Funktionalität nicht verändern.
Wir beraten Sie umfassend bei der Auswahl von Verstärkungsfasern und Matrices sowie der fasergerechten Gestaltung von Bauteilen und Formgebungswerkzeugen.

Sie benötigen ein Reparaturkonzept für beschädigte Bauteile? Wir beraten Sie zur Detektion und Klassifizierung von Schäden an Faserverbundstrukturen und entwickeln effiziente Reparaturstrategien für Ihren Fall.

Die Herstellung von Mustern und Prototypen kann kundenspezifisch mit den vorhandenen Faserverbundtechniken umgesetzt werden. Dafür können verschiedene Fasern, Kernmaterialien sowie Harztypen eingesetzt werden. Unter anderem wird die Erzeugung von dreidimensionalen Freiformflächen und multifunktionalen Sandwichelementen angeboten.

Probekörper können mit den vorhandenen Faserverbundtechniken für unterschiedlichen Normen hergestellt werden. Weiterhin bieten wir die Herstellung von kundenspezifischen Geometrien an.

Durch die gezielte Auswahl geeigneter Harzkomponenten, Härter und Beschleuniger lassen sich die Verarbeitungseigenschaften von Harzsystemen präzise steuern – ein entscheidender Faktor für die Herstellung leistungsfähiger Verbundwerkstoffe. Wir befassen uns intensiv mit der Auswahl und Erprobung dieser Komponenten und analysieren dabei insbesondere die Viskosität und Reaktivität von Epoxid-, Polyurethan- und Acrylat-Harzsystemen.

Die gezielte Einarbeitung von Mikro- und Nanopartikeln ermöglicht eine präzise Anpassung des Eigenschaftsprofils von Matrixsystemen für faserverstärkte Werkstoffe (FVW). Durch den Einsatz geeigneter Additive lassen sich funktionelle Eigenschaften wie Brandverhalten, Zähigkeit sowie elektrische und thermische Leitfähigkeit gezielt einstellen. Wir verfügen über verschiedene Misch- und Dispergieranlagen zur Verarbeitung von Füllstoffen und Additiven und bieten die Herstellung kleiner Chargen im Kundenauftrag an – flexibel, zuverlässig und anwendungsspezifisch.

Durch gezielte Beschichtungen lassen sich funktionelle Eigenschaften ressourcenschonend genau dort erzeugen, wo sie benötigt werden – direkt auf der Oberfläche von Faserverbundwerkstoffen (FVW). Besonders gefragt sind Beschichtungen mit antimikrobieller Wirkung, elektrischer Ableitfähigkeit, Superhydrophobie sowie dekorativen Farbgebungen.

Wir bieten verschiedene Verfahren zur Applikation solcher Beschichtungen an – darunter Lackierung, Pulverbeschichtung und Digitaldruck. Im Anschluss prüfen wir die erzielte Funktionalität und stellen sicher, dass die gewünschten Eigenschaften zuverlässig erreicht werden.

Die Verarbeitungstechnologie von Faserverbundkunststoffen ist entscheidend für das Erreichen benötigter Material- und Bauteileigenschaften. Neben etablierten Technologien, wie der Verarbeitung von Prepregs im Autoklav und der Vakuum-Infusionstechnologie bietet das SKZ außerdem durch das RTM-Verfahren sowie der Presstechnologie Möglichkeiten für individuelle Technologievergleiche um material- und anwendungsspezifische Ansätze zu bewerten.

Kleben gilt als das Standardverfahren zum Fügen von Leichtbaustrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und Metallstrukturen. Gerne unterstützen wir Sie bei der Auswahl einer geeigneten Oberflächenvorbehandlung oder des für ihre Bedürfnisse optimalen Klebstoffs und dessen Verarbeitungsparameter.

Zum Bereich Kleben

Mit moderner Ausstattung und kompetentem Prüfpersonal werden mechanisch-technologische, physikalisch-chemische und physikalische Prüfungen durchgeführt.

Prüfungen zur Qualitätssicherung
Kundenspezifische Prüfungen
Prüfung nach internationalen und nationalen Richtlinien
Prüfung nach DVS-, AGFW-, und DVGW-Richtlinien

Die Prüfung von faserverstärkten Kunststoffen ist im Rahmen unserer Tätigkeit als Kompetenz-Zentrum für Faserverbundwerkstoffe ein wichtiges Aufgabenfeld, mit folgenden Prüfungen:

Barcolhärteprüfung
Biege- und Zugprüfungen an Laminaten
Bestimmung des Textilglas- und Mineralstoffgehaltes

Für weitere Prüfungen sprechen Sie uns gerne an!

Unser Fokus liegt einerseits auf der Analyse der Verarbeitbarkeit von Harzsystemen, insbesondere hinsichtlich ihrer Reaktivität (z. B. mittels DSC) und ihres Fließverhaltens (Rheologie). Andererseits untersuchen wir die Materialeigenschaften der Harze umfassend – darunter die Dispergiergüte (Partikelmesstechnik), mechanische und bruchmechanische Eigenschaften, thermische Stabilität (DSC, TGA) sowie das Alterungsverhalten unter verschiedenen Bedingungen.

Gerade im Compositebereich weisen Bauteile oftmals hohe Produktwerte und sehr geringe Stückzahlen auf. Eine zerstörungsfreie Prüfung bietet sich daher an, um derartige Produkte im Nachgang weiter verwenden zu können. Hierzu stehen eine Reihe unterschiedlicher zerstörungsfreier und teilweise berührungslos arbeitender Mess- und Prüfverfahren zu Verfügung. Verfahren u. a. auf Basis Ultraschall-, Röntgen-, Thermografie- und Terahertztechnik ermöglichen z. B.:

die Detektion material- und prozessspezifischer Fehlstellen wie Delaminationen, Ondulationen und Poren,
die Erfassung der Faserorientierung oder des Faservolumengehaltes sowie
die Dickenmessung von Beschichtungen und Coatings im Mikrometermaßstab

Zum Bereich Zerstörungsfreie Prüfung

Impression

Modernste Ausstattung für beste Ergebnisse und Produkte

In unseren modern ausgestatteten Laboren forschen wir an den Werkstoffen von Morgen. Dabei arbeiten wir eng mit der Industrie zusammen, um zahlreiche gute Produkte noch besser und v. a. nachhaltiger zu machen. Fordern Sie uns heraus. Gemeinsam finden wir auch für Ihr Problem eine Lösung.

Technische Ausstattung

Für die gezielte Einarbeitung und homogene Dispergierung von Mikro- und Nanopartikeln in Harzsysteme stehen uns verschiedene moderne Anlagen zur Verfügung. Diese ermöglichen eine präzise Einstellung der Materialeigenschaften und eine reproduzierbare Verarbeitung – auch in kleinen Chargen.

Unsere Ausstattung umfasst unter anderem:

Dissolver
Dual-Asymmetrische Zentrifuge
Dreiwalzwerk
Hochdruckhomogenisator
Rotor-Stator-Dispergierer
Ultraschall-Homogenisator
Rührwerkskugelmühle

Für die Untersuchung und Charakterisierung von Harzsystemen stehen uns eine Vielzahl moderner Methoden zur Verfügung. Diese ermöglichen eine präzise Bewertung der Verarbeitungseigenschaften, Reaktivität und Funktionalität.

Zu den eingesetzten Verfahren zählen unter anderem:

Thermische Analyse: DSC, TGA
Partikelmesstechnik: Laserbeugungsanalyse, Dynamische Lichtsstreuung, Rasterelektronenmikroskopie
Fließverhalten: Rotations- und Oszillations-Rheometer
Mechanische und Bruchmechanische Prüfung: Universalprüfmaschine

Beim Autoklav-Verfahren werden mit Reaktionsharzen vorimprägnierte textile Faser-Matrix-Halbzeuge (Prepregs) in einem Druckbehälter (Autoklav) unter Wärmeeinwirkung und Druck ausgehärtet. Die Faserhalbzeuge werden zugeschnitten und je nach Anforderung an einer bestimmten Stelle unter einer definierten Ausrichtung im Formgebungswerkzeug platziert. Das Werkzeug wird anschließend in einem Foliensack evakuiert und die Prepregs härten im Autoklav unter vorgegebenen Temperatur-Druck-Zeit Vorgaben aus. Nach der Abkühlungsphase wird das Bauteil entformt und ist bereit für abschließende Schritte wie Finish- oder Lackieren.

Wir bieten Ihnen die Möglichkeit, äußerst exakte und individuelle Zuschnitte von trockenen Faserhalbzeugen sowie Prepregs bei uns durchführen zu lassen.

Einer der größten Vorteile dieses Verfahrens ist die Herstellung fast beliebig großer Bauteile und die Möglichkeit Hinterschneidungen mit geteilten Formen sowie unterschiedlichen Wandstärken im Bauteil zu verwirklichen. Das Handlaminierverfahren erfordert nur geringe Investitionskosten und ermöglicht die Herstellung sehr komplexer Bauteilgeometrien sowie die Verwendung unterschiedlicher Halbzeuge und Verstärkungsmaterialien in einem Bauteil. Unsere fachkundigen Mitarbeiter stehen Ihnen für ihre Projekte gerne zur Seite, denn wir helfen Ihnen von der ersten Idee bis zum fertigen Produkt.

In unseren Laboren analysieren wir eine Vielzahl funktioneller und mechanischer Eigenschaften von Oberflächen. Dazu zählen unter anderem:

Haftfestigkeit
Schichtdicke
Oberflächenenergie
Kratz- und Abriebfestigkeit
Elektrische Leitfähigkeit

Zur mechanischen, physikalischen und chemischen Vorbehandlung von Kunststoffoberflächen stehen folgende Methoden zur Verfügung.

Niederdruckplasma
Atmosphärendruckplasma
Corona-Entladung
Beflammen
CO₂-Strahlen
Strahlen
Schleifen
Flammenpyrolyse
Primern

Für die Applikation von Beschichtungen auf Faserverbundwerkstoffe stehen uns folgende Verfahren zur Verfügung:

Pulverbeschichtungssystem
Automatische Lackierkabine
Rakelsystem
Inkjet-Drucker

Die bewährte Fertigung mittels Heiß- und Nasspressen führt zu beidseitig anspruchsvollen Oberflächenqualitäten und exakter Formtreue des herzustellenden Produkts. Dafür steht am SKZ eine hydraulische 4-Säulen-Presse zur Verfügung.

Das RTM Verfahren bietet die Möglichkeit, Teile mit komplexer Geometrie herzustellen und Zusatzfunktionen in ein Fertigteil zu integrieren. So können beispielsweise Einlegeteile in die Formgebung des Werkzeuges einbezogen werden. Neben der Einhaltung enger Toleranzen sind vor allem die hervorragende Oberflächenqualität, der hohe Fasergehalt sowie kurze Herstellzeiten Vorteile dieser Herstelltechnologie.

Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung sehr großer Einzelteile sowie von Kleinserien. Die gefertigten Bauteile erhalten durch das Verfahren eine hohe Qualität und eine einseitig perfekte Oberfläche. Weiterhin haben die gefertigten Bauteile einen hohen Fasergehalt.

Das SKZ verfügt über das nötige Know-how und die Vakuum-Technologie um Ihre Projekte mittels dieses Verfahrens umzusetzen.