In dem von der Universität Toronto und Ford Canada entwickelten Verbundwerkstoff kombinierten die Forschenden Carbonfasern aus nachhaltigen Quellen mit recycelten Kohlenstoffasern, die eine modizifierbare Faserstruktur und Grenzflächenchemie aufweisen, und Hochleistungs-Polyamiden als Matrix.
Das Bauteil – eine Abdeckung – ist als Metallersatz konzipiert, leichter und reduziert die CO2-Emissionen nicht nur durch Leichtbau, sondern auch durch den geringeren CO2-Footprint des Werkstoffs. Die Abdeckungen sind normalerweise aus Metallen wie Aluminium oder aus Kunststoffen, die aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden, hergestellt und schützen die Steuerungskomponenten im Motor eines Fahrzeugs.
„Eine Herausforderung für uns bestand darin, einen vollwertigen Metallersatz zu schaffen, der in Bezug auf Beanspruchung, Struktur, Aufprallfestigkeit, Ästhetik und Langzeitstabilität konkurrieren kann. Außerdem wollten wir für das Carbon eine Kreislaufwirtschaft etablieren, und das Material, das wir aus nachhaltigen Quellen herstellen, am Ende seiner Lebensdauer recyceln können.“
Prof. Mohini Sain, Fakultät für Angewandte Natur- und Ingenieurwissenschaften, Universität Toronto
Als Direktor Zentrum für Biokomposite und Biomaterialien ist Sain einer der führenden Forscher auf dem nachhaltiger Biocomposites und deren Verarbeitung. Er hat bereits Bioverbundwerkstoffe für die Innenausstattung von Ford-Fahrzeugen bis zur Marktreife entwickelt. Die Konzentration auf die Struktur und die Elemente des Antriebsstrangs hat jedoch ein größeres Wirkungspotenzial für den Fahrzeug-Leichtbau, da diese Teile zu den schwersten Komponenten eines Fahrzeugs gehören.
„Wir beraten uns ständig mit unseren Industrieexperten, um Synergieeffekte bei der Konstruktion zu erzielen und ein optimales Kosten/Leistungs-Verhältnis zu entwickeln. Die Preisgestaltung ist ein Schlüsselfaktor für unsere Innovation“.
Prof. Mohini Sain, Fakultät für Angewandte Natur- und Ingenieurwissenschaften, Universität Toronto
Das neue Bauteil wurde in fünfjähriger Zusammenarbeit zwischen der Laborgruppe von Sain und dem Powertrain Research and Development Centre (PERDC) von Ford Canada unter der Leitung von Dr. Jimi Tjong, dem technischen Leiter des Essex-Motorenwerks in Windsor, Ontario, entwickelt. Es ist nicht nur aus einem neuen nachhaltigeren Material, sondern auch etwa drei Kilogramm leichter als frühere Modelle. Im konkreten Einsatzfall – dem Rennsport – sind das Gewicht, die Funktionalität und auch das Design entscheidend für das Reduzieren der Emissionen und gesteigerten Leistung der Rennwagen.
Die Hoffnung der Forschenden ist, dass der neue Steuergehäusedeckel als Proof-of-Concept dienen kann, um die entwickelten nachhaltigen Verbundwerkstoffe in Elektrofahrzeugen breiter einsetzen zu können.
„Der Potenzial dieses neuen Materials und Herstellungsverfahrens ist seine Anwendung in leichten strukturellen Batterie- und Brennstoffzellenpacks mit zusätzlichen Funktionen wie der Abschirmung elektromagnetischer Störungen. Wenn wir Kohlenstoffneutralität erreichen wollen, müssen wir Wege zu energieeffizienteren Prozessen finden, die weniger Materialien und Ressourcen verbrauchen und gleichzeitig eine verbesserte Funktionalität bieten. Es gibt enorme Möglichkeiten für transformative Veränderungen.“
Prof. Mohini Sain, Fakultät für Angewandte Natur- und Ingenieurwissenschaften, Universität Toronto
Bild oben: Die 5.0L-Motorabdeckung aus Kohlefaserverbundwerkstoff führt ein neues nachhaltiges Material in die Automobilindustrie ein. (Foto: Dr. Jimi Tjong/Ford Canada)
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
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