Spritzguss-Bauteile: leichter, belastbarer und günstiger

5. Februar 2018


Seine Forschung macht Bauteile für Autos oder Flugzeuge mit maßgeschneiderten Eigenschaften möglich: Der Werkstofftechniker Marc Schöneich hat ein Verfahren entwickelt, mit dem die Industrie die Eigenschaften sogenannter kurzfaserverstärkter Kunststoffe vorab simulieren und passgenau je nach Einsatz optimieren kann. Für seine deutsch-französische Doppel-Promotion an den Universitäten des Saarlandes und Metz erhielt Schöneich jetzt den Wilfried-Ensinger-Preis des Wissenschaftlichen Arbeitskreises der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik.

 

„Glasfasern haben eine hohe Steifigkeit. Werden sie als kurze Fasern im Werkstoff eingebunden, nehmen sie die Kraft bei Belastungen auf: Das bedeutet, das Bauteil wird belastbarer, etwa wenn es gezogen oder gebogen wird“, erklärt Schöneich, der inzwischen am Leibniz-Institut für Neue Materialien INM auf dem Saarbrücker Campus arbeitet. Er hat in seiner Doktorarbeit die Grenzschicht zwischen der Faser und dem Kunststoff genauer unter die Lupe genommen und untersucht, wie diese Schicht die Eigenschaften des gesamten Verbundwerkstoffs und somit des finalen Bauteils ändert. „Die so genannte Interphase ist das Resultat der Wechselwirkung zwischen Glas und Kunststoff. Sie ist nur wenige hundert Nanometer dünn, hat andere Eigenschaften als die Fasern und als der Kunststoff. In meinen Forschungen habe ich diese Interphase näher betrachtet und Veränderungen gemessen.“

 

Hierfür hat Schöneich eigens eine neuartige Messmethode entwickelt. Er führte Experimente auf Makro- und Mikroskala durch, analysierte die Bestandteile des Verbundwerkstoffs mechanisch und thermisch, verglich die Abläufe mit analytischen Berechnungen wie auch der so genannten Finite-Elemente-Methode und erstellte mikromechanische Modelle. Sein neues Verfahren macht die Wechselwirkungen zwischen Glas, Kunststoff und Interphase berechenbar. „Das Modell ist auf beliebige Werkstoffkombinationen übertragbar. Die Industrie kann es nutzen, um technische Bauteile aus Verbundwerkstoffen leichter oder leistungsfähiger zu machen“, sagt er. Wird zum Beispiel die Dicke der Interphase verringert, ändert das die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs.