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Campus Plan

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Composites

Was sind Composites?

Composites oder Verbundwerkstoffe machen sich die gewünschten Eigenschaften einzelner Materialien zu Nutzen und kombinieren diese. Die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen können beispielsweise durch Einbringung von Verstärkungsfasern gesteigert werden. Damit bieten diese Werkstoffe ein großes Potenzial zur Gewichtsminimierung vor allem im Bereich von Strukturbauteilen.


Was machen wir?

- Entwicklung von Prozessen zur Herstellung thermoplastischer Composites mit Endlosfaserverstärkung
- Materialauswahl
- Prozessautomatisierung

Mögliche Arten der Verstärkung: Kurzfasern, Langfasern, Wirrfasermatten, Gewebe, Gelege (v.l.n.r)

Numerische Fluiddynamik (engl. computational fluid dynamic, CFD) Simulationen der Strömung sowie der Polymerisation stellen einen wesentlichen Teil der Entwicklung und Optimierung des Herstellprozesses von Faserverbundkunststoffen dar. Sie ermöglichen die Einsicht in Prozessphänomene, welche mit Experimenten nur schwierig zugänglich sind, und ermöglichen ein neues Prozessdesign. Thermoplastische Faserverbundkunststoffe bieten gegenüber duroplastischen Alternativen Vorteile (z.B. Recycling) an, bringen jedoch auch neue Herausforderungen in den Produktionsprozess (abweichendes Mischverhalten, Turbulenz etc.). Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, dass diese Schlüsselphänomene untersucht und verstanden werden.

In der laufenden Forschungsarbeit wird die anionische Polymerisation von glasfaserverstärktem Polyamid 6 untersucht. Das Material hat vor der Polymerisation im Vergleich zu anderen Matrixmaterialien eine niedrige Viskosität. Der Einfluss der Änderung der Viskosität sowie anderer Materialeigenschaften wird mittels CFD analysiert und optimiert. Unterschiedliche Polymerisations-, Kristallisations- und Viskositätsmodelle werden in das open source CFD Tool OpoenFOAM implementiert und validiert, um eine Software Suite zu erstellen, die hilft den Prozess zu verstehen und zu optimieren. Dadurch soll nicht nur die Optimierung vor dem Industrieestablishment des Porzesses sondern auch Entscheidungen bezüglich Änderungen von Geometrie oder anderen Prozessparametern vor Ort während der Produktion beschleunigt werden.

Referenzen:
[1] J. Nagy, L. Reith, M. Fischlschweiger and G. Steinbichler: Modeling the influence of flow phenomena on the polymerization of ϵ-Caprolactam, Chem. Eng. Sci. 111, 85-93, http://dx.doi.org/10.1016/j.ces.2014.02.020