Ziel der Entwicklung
Thermoplastische Verstärkungsfaser sollten aufgrund ihrer chemischen Strukturähnlichkeit und physikalischen Kompatibilität mit der thermoplastischen Matrix eine optimale Matrix-Faser-Bindung an der Grenzfläche zwischen Faser und Polymer ermöglichen. Beispielhaft wurden polyamidbasierte Systeme, wie z.B. PA66-Faserverstärktes PA6 oder PA66-verstärktes PA12 untersucht. Das Spinnverhalten gezielt synthetisierter teilaromatischer Polyamide sollte untersucht und die Schmelzspinnanlage den Erfordernissen hochschmelzender Polymere angepasst werden. Des Weiteren sollten Verarbeitungsmöglichkeiten für die Herstellung von Organoblechen, durch Einarbeitung von Verstärkungsgeweben und Filamenten untersucht werden. Zur Herstellung der thermoplastisch verstärkten Themoplastmaterialien wurden Hot-Compaction-Versuche mit Geweben durchgeführt. Darüber hinaus wurden UD-UHMWPE-verstärkte HDPE-Tapes und UD-para-Aramidverstärkte PA6-Tapes positioniert und durch thermische Konsolidierung zu Organoblechen verarbeitet. Diese Materialien dienten der Untersuchung von Fasermatrixbindungen an chemisch identischen PE Matrix und PE-Fasersystemen, sowie an Polyamidmatrix-Aramidfasersystemen, die beide Amidbindungen als gemeinsames Strukturelement enthalten.
Vorteile und Lösungen
Kombinationen von thermoplastischen Verstärkungsfasern mit Polymermatrices lassen sich mannigfaltig erweitern. Eine Variation von Grundbausteinen im Faser- wie auch im Matrix-Polymer erlaubt die gezielte Fertigung von polyamidbasierten Faser-Matrix-Systemen. Dadurch ist es möglich, ein ausreichendes Verarbeitungsfenster durch Schmelztemperaturunterschiede zwischen Faser und Matrix zu garantieren, um die Polymermatrix für die Faserimprägnierung aufzuschmelzen und die Faser dabei erhalten bleibt. Die gefertigten Verbundmaterialien behielten in flüssigem Stickstoff bei –200°C ihre Elastizität und zeigten keine Versprödung, sodass auch ein Einsatz bei tiefen Temperaturen möglich ist.
Zielgruppe und Zielmarkt
Der Endkundenmarkt wird im Folgenden am Beispiel der Wasserstofftechnologie charakterisiert. Für die Verwertung der F&E-Ergebnisse hinsichtlich thermoplastischer Verbundmaterialen auf Polyamidbasis aber auch auf Polyethylenbasis kommen Unternehmen in Frage, die sich mit der gesamten Wertschöpfungskette der Wasserstofferzeugung, des Transports und der Speicherung beschäftigen. PA6, PA12 und PE-Typen kommen bereits als polymere Werkstoffe in der wasserstoff-führenden Infrastruktur zur Anwendung. Thermoplastische Faserverstärkung erweitert das Anwendungsspektrum dieser Materialien. Zielkunden für die Verwertung der thermoplastischen Verbundmaterialen sind Systemanbieter, Anbieter für Komponenten für die Wasserstoffinfrastruktur als Klein- und Mittelständische Spezialunternehmen. Insgesamt wurden 430 aktive und potenzielle Akteure in Sachsen im Bereich der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie identifiziert. Eine automatisierte Verarbeitung der Materialien eröffnet auch Anwendungsfelder im Fahrzeugbau und in der Luftfahrt.
