Leichtbau auf den Punkt: Die Arbeit zeigt für das Entwickeln von Naturfaserverbundwerkstoffen, dass eine Silica-modifizierte Epoxidmatrix unter RTM-Bedingungen die Feuchtebeständigkeit nicht verbessert und dadurch Material- und Prozessentscheidungen früh abgesichert werden müssen.
Naturfaserverstärkte Verbundwerkstoffe gelten als Option für ressourceneffiziente Leichtbaustrukturen. Aber ihre Feuchteempfindlichkeit kann, insbesondere in Verbindung mit prozessbedingten Herausforderungen, die langfristige Leistungsfähigkeit der Bauteile beeinträchtigen.
Eine aktuelle Untersuchung, die in der Fachzeitschrift Journal of Composites Science im Februar publiziert wurde, zeigt nun, dass die Modifikation der Epoxidmatrix mit hydrophobem pyrogenem Siliziumdioxid unter RTM-Bedingungen keine geeignete Strategie ist, um die Feuchtebeständigkeit von Flachs/Epoxid-Laminaten zu verbessern. Betrachtet wurden die Verarbeitung, die Feuchtigkeitsaufnahme und die mechanischen Eigenschaften von Flachs/Epoxid-Laminaten.
Dazu charakterisierten die Forschenden Epoxidsysteme mit einem Siliziumdioxidgehalt von null bis fünf Gewichtsprozent hinsichtlich Partikeldispersion, Rheologie, thermischem Verhalten und Wasseraufnahme. Die Laminate wurden zusätzlich auf Porosität, Diffusionsverhalten und Zugfestigkeit im trockenen und gesättigten Zustand analysiert. Ziel war es, den Einfluss der Matrixmodifikation auf Verarbeitung und Bauteileigenschaften im Harztransferformverfahren zu bewerten.
Die Ergebnisse zeigen deutliche Wechselwirkungen zwischen Füllstoffgehalt und Prozessfähigkeit. Trotz hydrophober Oberflächenbehandlung erhöhte das Silica die Wasseraufnahme des Harzes und führte bei einem Anteil von fünf Gewichtsprozent zu einem erheblichen Anstieg der Viskosität, einer schlechten Faserimprägnierung und einer erhöhten Porosität. Die daraus gefertigten Laminate wiesen eine schnellere und höhere Feuchtigkeitsaufnahme sowie deutlich verminderte mechanische Eigenschaften im nassen Zustand auf.
Parallel dazu verbesserte sich lediglich die thermische Stabilität geringfügig. Insgesamt zeigt die Untersuchung, dass die gewählte Matrixmodifikation unter RTM-Bedingungen zu Zielkonflikten zwischen Verarbeitung und Bauteilperformance führt.
Für Entwicklerinnen und Entwickler von Naturfaserverbundstrukturen liefert die Arbeit damit eine wichtige Entscheidungsgrundlage: Nicht jede hydrophobe Nanopartikelmodifikation verbessert automatisch die Feuchtebeständigkeit von NFK-Laminaten. Eine frühzeitige Bewertung solcher Effekte im Material- und Prozessdesign kann helfen, Fehlentwicklungen im späteren Bauteilentwurf zu vermeiden.
Quelle und weitere Infos: Publikation bei mdpi Open Access Journals
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