Ziel der Entwicklung
Das Potential des pflanzenbasierten Rohstoffes Isosorbid als biobasierter Baustein in Polycarbonaten und Polyestern sollte in einem breiten Anwendungsspektrum erschlossen werden. Dazu sollten neue Faserverbundwerkstoffe mit isosorbidbasierten Polyestern beziehungsweise Polycarbonaten als thermoplastische Matrices entwickelt werden, um diese als UD-carbonfaserverstärkte Komposite in Leichtbauanwendungen einsetzen zu können. Das Projekt ermöglichte den Einstieg in die Entwicklung von Matrices aus nachwachsenden Rohstoffen für Carbonfasercomposite, um leistungsfähige teilweise biobasierte Verbundmaterialen mit hohem Leichtbaupotential zu erhalten. Der nachhaltige Rohstoff wird über die Glucose als Basischemikalie gewonnen. Durch Verzuckerung von Biomasse, insbesondere von biogenen Abfallstoffen ist der Ausgangsstoff über eine heimische Wertschöpfungskette verfügbar.
Vorteile und Lösungen
Zunächst wurden UD-Carbonfaserverstärkte Tapes durch Schmelzeimprägnierung mit herkömmlichem Bisphenol-basierten Polycarbonat hergestellt. Anschließend erfolgte die Präparation von UD-carbonfaser-Rovings mit einer isosorbidbasierten thermoplastischen Matrix. Unter den gegebenen Versuchsbedingungen der Schmelzeimprägnierung auf der Tape-Produktionsanlage zeigten die Rovings mit der isosorbidbastierten Matrix aufgrund deren höheren Schmelzflußindex eine bessere Durchtränkung als mit Standard BPA-basierten Polycarbonat. Damit wird eine bessere Durchtränkung der CF-Rovings mit Schmelze während der Tape-Fertigung bei höheren mechanischen Festigkeiten in Kompositen erzielt. Diese konnten nach der Verarbeitung der Tapes zu Organoblechen von 269 MPa um den Faktor 1,6 auf 435 MPa erhöht werden. E-Module stiegen im den Faktor 1,7 von 40007 MPa auf 23515 MPa. Isosorbidbasierte, teilweise biobasierte thermoplastische Polycabonatmatrixes sind vielversprechende Kandidaten für unidirektionale carbonfaserverstärkte Tapes für die Herstellung von Strukturbauteilen. Bei den untersuchten Organoblechen handelte es sich um Versuchsprodukte. Im Vergleich zu kommerziellen Mustern sind insgesamt höher Festigkeiten und Module anzustreben. Durch Optimierung der Spreizung der C-Faser-Rovings im Vorfeld der Schmelzeimprägnierung und eine verbesserte Schlichte auf den Carbonfasern lassen sich weitere Schritte zu Generierung eines erhöhten technologischen Reifegrades realisieren. Der Einsatz von biobasierten Grundbausteinen ermöglichen die Substitution fossiler Rohstoffträger bei höherer Leistungsfähigkeit und kostengünstiger Herstellung der Verbundmaterialien.
Zielgruppe und Zielmarkt
Hersteller von Rohstoffen für nachhaltige Polymere testen ihre Versuchsprodukte in Polymerisations- und Verarbeitungsversuchen bei uns im Hause. Zielstellung ist es der Wertschöpfungskette vom Rohstoff (Monomer) bis zum fertigen Verbundwerkstoff-Halbzeug darzustellen. Darüber hinaus fokussieren wir den Einsatz recycelter Monomere, um höheren Ansprüchen der Nachhaltigkeit gerecht zu werden. Herstellern von Halbzeugen und Compositen werden isosorbidhaltige teilweise biobasierte Thermoplaste zur Verfügung gestellt, um daraus Prototypen von UD-Tapes und thermoplastische Prepregs herstellen zu können. Zum Endkundenkreis gehören engagierte Unternehmen, die im Zuge des Programms der Nachhaltigen Mobilität individuelle Kunststoff-Lösungen für den Fahrzeug und Luftfahrzeugbau entwickeln.
