Hochzähes duroplastisches CFK durch Nanopartikel im Harzsystem

Hochzähes duroplastisches CFK durch Nanopartikel im Harzsystem

Um CFK widerstandsfähiger gegen Rissbildung zu machen, gibt es verschiedene Strategien. Eine Möglichkeit ist, dem Harzsystem Füllstoffe – zum Beispiel Nanopartikel – beizumischen, um die mechanischen Kennwerte des Kunststoffs zu verbessern. Ein wichtiges Argument für deren Verwendung in der Luftfahrt.

Nanoskalige Modifikatoren, die als Kern-Schale-Partikel (CSR) hochdosiert und gleichmäßig verteilt in einem Harzsystem (Masterbatch) vorliegen sowie selbst-organisierende Makromoleküle, sogenannte Block-Copolymere, die nanostrukturierte Phasen bei der Aushärtung bilden, eignen sich dazu besonders.  Die Partikel werden aufgrund ihrer Größe durch die Verstärkungsfasern nicht gefiltert, ihr struktureller Aufbau aus steifen und duktilen Elementen verhindert einen Abfal der Glasübergangstemperatur.

In einem Forschungsprojekt am Institut für Verbundwerkstoffe, Kaiserslautern, werden einerseits elastomerbasierte CSR, als auch selbst-organisierende Block-Copolymere (BCP) eingesetzt um die Zähigkeit und Duktilität der kohlenstofffaserverstärkten Duroplasten wesentlich zu erhöhen.

Die Ergebnisse zeigen, dass bereits eine Modifizierung der Laminatsysteme durch geringe Mengen von CSR und BCP (bis 3 Vol.-%) eine Steigerung der interlaminaren Risszähigkeit um mehr als 50% bewirken kann.

Für diesen positiven Effekt reichen bereits geringe Füllstoffgehalte aus, die den Widerstand des duroplastischen CFK signifikant gegen Rissausbreitung erhöhen, ohne andere, ebenso wichtige mechanische und thermische Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen.


Quelle und weitere Infos: Carbon Composites

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