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Tailored Thermosets & Biomaterials

Das Kompetenzfeld entwickelt leistungsfähige multifunktionale Verbundwerkstoffe mit duroplastischer Matrix. Als Bottom-up-Technologieplattform wird ein innovativer „Werkstoffbaukasten“ erschlossen und eingesetzt. Mit neuen Werkstoffen, vorzugsweise auf Basis biogener Ressourcen, und funktionalen Nano- und Mikroverstärkungsmaterialien sowie Fasern werden Verbundwerkstoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften ausgestattet. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf ihrer Nachhaltigkeit und Dauerhaftigkeit auch in aggressiver Umgebung sowie auf ihrer (chemischen) Rezyklierbarkeit am Ende des Lebenszyklus. Dazu werden umweltfreundliche, skalierbare Herstellungs- und Recyclingprozesse entwickelt und flüssige Materialien vom Labormaßstab bis zu Mengen von 200 kg im industriellen Maßstab verarbeitet.

Ziel ist die Entwicklung von Werkstoffinnovationen auf der Grundlage eines mechanistischen Verständnisses und der Korrelation von Prozessen, Strukturen und Eigenschaften. Dabei kommen modernste Analysetechniken aus dem Spektrum ingenieurwissenschaftlicher, chemischer und physikalischer Methoden zum Einsatz, wie z.B. Bruchmechanik in Medien, Rasterkraftmikroskopie mit IR-Mapping und temperaturmodulierte optische Refraktometrie.

Dr.-Ing.

Bernd Wetzel

Techn.-Wiss. Direktor Werkstoffwissenschaft & Kompetenzfeldleiter Tailored Thermosets & Biomaterials

Spezielle Expertise: Multifunktionale Duroplaste, Nanokomposite, Tribologie, Bruchmechanik, Struktur-Eigenschaftsbeziehungen

Multifunktionelle Eigenschaften von polymeren Verbundwerkstoffen

Struktur von delignifiziertem Holz im Modell

Spezielle Leistungsmerkmale

  • Breite Expertise in der Werkstoffauswahl, Verarbeitung und Charakterisierung
  • Entwicklung von duroplastischen Verbundwerkstoffen mit maßgeschneiderten, multifunktionalen Eigenschaften
  • Skalierbare Verarbeitungstechnologien und -verfahren nach industriellem Standard
  • Weiterentwicklung von Charakterisierungsmethoden
Branchen Anwendungen (Beispiele)
Fahrzeugbau Biobasierte Schäume, Triobologische Beschichtungen
Luft- & Raumfahrt Multifunktionale Matrizes
Maschinen- und Anlagenbau Walzenbezüge, Gleitlager
Energietechnik Zähmodifizierte Polymermatrizes
Bauwesen Dauerhafte Armierungen, Isolationsschäume

Werkstoffe und Fragestellungen

Typische Werkstoffe

  • Reaktivsysteme
  • Biobasierte Werkstoffe
  • Mikro-/Nanofüllstoffe
  • Holz
  • Fasern

Typische Fragen

  • Wie kann man die Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit von Duroplasten verbessern ohne die Kosten zu erhöhen?
  • Welche Duroplaste sind resistent gegen starke alkalische Medien, um ihre hohe Lebensdauer in der Anwendung zu erreichen?
  • Welchen gleichwertigen oder besseren Ersatzwerkstoff kann man für einen am Markt nicht mehr verfügbaren Werkstoff einsetzen?

Projekte im Kompetenzfeld Tailored Thermosets & Biomaterials

Antimikrobieller/antiviraler Schutz auf Nanoebene

SUSAAN - Nachhaltige antimikrobielle und antivirale Nanobeschichtungen

BFKcraft

Basaltfaserlamellen für die statische Gebäudesanierung

Das Projekt erforscht und entwickelt ökoeffiziente Basaltfaserverbundwerkstoff-Lamellen und deren Herstellungsprozesse für Verstärkungssysteme zur statischen Gebäudesanierung.

Biobasierte, nicht-isocyanat- & phosgenfreie Polyurethane

BIOMAT

Ein offenes Innovationstestfeld für nanoaktivierte biobasierte PUR-Schäume und -Verbundstoffe

Chemisches Recycling von biobasierten PU

EasyEntry2TPC

Thermoplastische Flüssigimprägnierung

Thermoplastische Flüssigimprägnierung für den schnellen Einstieg in die Herstellung kontinuierlich faserverstärkter thermoplastischer Composites auf Basis etablierter Duroplast-Prozessketten

Hochleistungsverbundwerkstoffe

aus duroplastischen Matrizes

nanUVation

Schrumpfarme und UV-härtende Hausanschluss-Inliner

Das Projekt erforscht und entwickelt schrumpfarme sowie haftende faserverstärkte Kunststoffe für die Applikation als Hausanschluss-Inliner unter UV-Aushärtung.

TPC-H2-Storage – Wasserstofftechnologien

Infrastrukturentwicklung für thermoplastische Faserverbund-Druckbehälter für Wasserstoffspeicherung und Wasserstofftransport

Waste2Wood

Modifiziertes und verdichtetes Hochleistungsholz aus einheimischem Restholz für Strukturbauteile

Ziel des Projekts ist die Entwicklung nachhaltiger und leistungsfähiger Holzwerkstoffe.

Veröffentlichungen aus der IVW Schriftenreihe in diesem Kompetenzfeld

  • Popov, V.

    Quantifizierung von Defekten in endlosfaserverstärkten Kunststoffen mit Hilfe der Amplituden- und Phaseninformationen im Rahmen der aktiven und passiven Thermografie

  • Klingler, A.

    Morphology and Fracture of Block Copolymer and Core-Shell Rubber Particle Modified Epoxies and their Carbon Fibre Reinforced Composites

  • Kopietz, M.

    Modifizierte, phosphatfreie Organomineralharze in glas- und basaltfaserverstärkten Kunststoffen

  • Hassinger, I.

    Analyse und Entwicklung des Extrusionsprozesses zur Erhöhung der Dispersionsqualität von Nanopartikel-Polyamid 6-Verbundwerkstoffen

  • Zhou, R.

    Nanoparticle-Filled Thermoplastics and Thermoplastic Elastomer: Structure - Property Relationships

  • Noll, A.

    Effektive Multifunktionalität von monomodal, bimodal und multimodal mit Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphit und kurzen Kohlenstofffasern gefülltem Polyphenylensulfid

  • Knör, N. F.

    Einfluss der Verarbeitungstechnologie und Werkstoffzusammensetzung auf die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von thermoplastischen Nanoverbundwerkstoffen

  • Medina, R.

    Rubber Toughened and Nanoparticle Reinforced Epoxy Composites

  • Bittmann, B.

    Ultraschalldispergierung von anorganischen Nanopartikeln in Epoxidharz und Charakterisierung der resultierenden Werkstoffe

  • Siengchin, S.

    Water-Mediated Melt Compounding to Produce Thermoplastic Polymer-Based Nanocomposites: Structure-Property Relationships

  • Harsch, M.

    Methoden und Ansätze zur spannungsarmen Vernetzung von Epoxidharzen

  • Zhang, H.

    Fracture of Nanoparticle Filled Polymer Composites

  • Yang, J.

    Characterization, Modeling and Prediction of the Creep Resistance of Polymer Nanocomposites

  • Wetzel, B.

    Mechanische Eigenschaften von Nanoverbundwerkstoffen aus Epoxydharz und keramischen Nanoparktikeln

  • Wiedmer, S.

    Zur Pultrusion von thermoplastischen Halbzeugen: Prozessanalyse und Modellbildung

  • Gatos, K.G.

    Structure-Property Relationships in Rubber/Layered Silicate Nanocomposites

  • Rosso, P.

    Erfassung und Bewertung von Grenzschichteffekten in neuartigen kohlenstofffaserverstärkten Polymeren

  • Jost, N.

    Vernetzung und Chemorheologie von Duromeren mit hybrider und interpenetrierender Struktur

  • Hoffmann, J.

    Entwicklung einer neuartigen Fertigungstechnik zur Herstellung resorbierbarer Microfibrillarer Composites

  • Rodermund, D.

    Styrolfreie Vinylesterharze zur Verwendung in Verbunddübeln

  • Fuhrmann, I.

    Photochemische Modifizierung von Gummipartikeln - ein Beitrag zur stofflichen Wiederverwertung von Altgummi

  • Barkoula, N.-M.

    Solid particle erosion behaviour of polymers and polymeric composites

  • Papke, N.

    Neue thermoplastische Elastomere mit co-kontinuierlicher Phasenstruktur auf Basis von Polyester/Elastomer Blends unter Verwendung gezielt chemisch funktionalisierter Elastomere

  • Gremmels, J.

    Partieller hygrothermischer Abbau von Polyester-Polyurethan und dessen Anwendung - ein Beitrag zur Entwicklung eines neuen Recyclingverfahrens

  • Bechtold, G.

    Pultrusion von geflochtenen und axial verstärkten Thermoplast-Halbzeugen und deren zerstörungsfreie Porengehaltsbestimmung

    Externe Veröffentlichung "Tailored Thermosets & Biomaterials"

    SUSAAN - SUStainable Antimicrobial and Antiviral Nanocoating
    Flyer (PDF)

    The effect of block copolymer and core-shell rubber hybrid toughening on morphology and fracture of epoxy-based fibre reinforced composites

    Engineering Fracture Mechanics 2018. doi: 10.1016/j.engfrac-mech.2018.06.044

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013794418300778

    Preparation and characterization of bionanocomposite films based on wheat starch and reinforced with cellulose nanocrystals

    https://doi.org/10.1007/s10570-021-04017-z

    Mechanical and Thermal Properties of Basalt Fibre Reinforced Polymer Lamellas for Renovation of Concrete Structures

    https://doi.org/10.3390/polym14040790

    Flexural and fracture mechanical properties of in situ particulate reinforced organomineral hybrid resins modified by organofunctional silanes

    Composites Science and Technology 2019. doi: 10.1016/j.compscitech.2019.02.013

    https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0266353818328367

    Chemically Functionalized Cellulose Nanocrystals as Reactive Filler in Bio-Based Polyurethane Foams

    https://doi.org/10.3390/polym13152556

    Temperature-rate induced polymerization and phase separation of block copolymer toughened polymer composites

    https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109329

    Simultaneous access to different types of volume changes and the degree of cure during isothermal polymerization of polymer networks

    doi: 10.3144/expresspolymlett.2022.87

    Eco-friendly and Sustainable Processing of Wood Based Materials

    Green Chem., 2021, DOI: 10.1039/D0GC04430J.

    https://doi.org/10.1039/D0GC04430J

    Reactive Layer Assembly Sustains an Interlocked Structure in Green
    Processed and Scalable High-Performance Layered Wood

    https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c03468

    On volume changes during homopolymerization of polymer networks
    accessed via “Temperature modulated optical refractometry”

    https://doi.org/10.1016/j.tca.2022.179185

    The thermo-optical coefficient as an alternative probe for the structural arrest of polymeric glass formers

    https://doi.org/10.1016/j.polymer.2024.126868

    Novel Approach in B-Staging of an Epoxy Resin for Development of rCF Non-Woven Prepregs for RTP Processing

    https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.809.521

    Low velocity impact resistance of thin and toughened carbon fibre reinforced epoxy

    https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109362

    Significance of nickel particles on reducing friction and wear of polyimide subjected to harsh boundary lubrication conditions

    https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.108063

    Low velocity impact resistance of thin and toughened carbon fibre reinforced epoxy

    https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109362

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