Matrixmodifikation

Das Anwendungsspektrum für Faserverstärkte Kunststoffe hat sich in den letzten Jahren rasch vergrößert. Darüber hinaus birgt die Faserverbundbranche auch in der Zukunft noch großes Wachstumspotential. Aufgrund der hervorragenden gewichtsspezifischen mechanischen Leistungen haben diese Materialien das Potential als Standardmaterial für den Massenverkehrssektor Verwendung zu finden.

Epoxidharze sind duroplastische Kunststoffe. Sie weisen nach der Aushärtung hohe mechanische Kennwerte auf, bieten meist eine gute Wärmeformbeständigkeit und sind stabil gegen Bewitterung und den Einfluss aggressiver Medien. Von Nachteil ist, dass Epoxidharze sich häufig vergleichsweise spröde verhalten. Die Verarbeitung von Epoxidharzen ist aber auch nicht immer unproblematisch, da nach dem Vermischen von Harz- und Härterkomponente stets nur ein begrenztes Zeitfenster zur Verarbeitung (so genannte Topfzeit) zur Verfügung steht.

Im Vergleich zu herkömmlichen Epoxidharzsystemen bieten katalytisch härtende Harze auf der Basis thermisch latenter Metallorganokatalysatoren (KAT-Härter), die in Zusammenarbeit mit Forschungspartner entwickelt worden, deutliche Vorteile im Hinblick auf Härtungsgeschwindigkeit sowie Lagerstabilität. Derartig modifizierte Harzsysteme sind auch für die Fertigung von Faserverbundkunststoffen (FVK) mittels Prepreg-Technologie oder Harzinjektionsverfahren (z. B. RTM) geeignet. Eine weitere Anhebung des Eigenschaftsniveaus kann durch Additive wie Reaktivverdünner oder Zähmodifier auf Basis thermoplastischer Kunststoffe realisiert werden.

Aufgrund ihrer hohen Vernetzungsdichte sind gehärtete Epoxidharze von Natur aus eher spröde; dadurch kann die Anwendungsbreite limitiert werden. Im Flugzeugbau z. B. werden Epoxidharze mit hoher Bruchzähigkeit und exzellenten hot/wet-Eigenschaften benötigt. Die Beimischung von Block-Copolymeren (z. B. MAM und SBM) ist eine innovative Möglichkeit die Bruchzähigkeit der Matrix zu erhöhen. Während die Thermoplaste schon als etablierte Zähmodifizierer gelten, wurde der Einsatz von Block-Copolymeren erst in jüngster Zeit untersucht. Sie zeigen während die Bruchzähigkeit durch nanoskalige Morphologien signifikant gesteigert wird. Besonders vorteilhaft für moderne „Liquide Compound Moulding“-Verfahren (LCM) ist die dabei die nur minimale Erhöhung der Viskosität des modifizierten Harzes.

Weiterhin müssen insbesondere für Anwendungen in der Luftfahrt stetig steigende gesetzliche Anforderungen – beispielsweise im Hinblick auf den Flammschutz – erfüllt werden. Viele der gegenwärtig in Benutzung befindlichen Flammschutzmittel sind toxikologisch bedenklich und müssen in hohen Konzentrationen zugegeben werden, um eine effektive Wirkung zu erzielen. Aktuelle Forschungsansätze befassen sich daher mit organophosphorhaltigen Flammschutzmitteln, die additiv oder reaktiv dem Harz zugegeben werden können. Alternativ kann auch der thermoplastische Zähmodifier durch phosphorhaltige Komponenten flammgeschützt ausgerüstet werden und folglich eine kombinierte Funktionalität in die Harzmatrix einbringen.

Ansprechpartner: M. Sc. Gökhan Bakis
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