Polymere Werkstoffe

Verarbeitung und Formulierung von polymeren Werkstoffen

Das Kompetenzspektrum im Bereich Polymere Werkstoffe reicht von der Entwicklung über die Verarbeitung und Formulierung bis hin zur Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung und umfasst dabei die gesamte Wertschöpfungskette vom Molekül zum Bauteil. Ausgangspunkt sind das Moleküldesign und die Synthese von Rohstoffen für Klebstoffe, Beschichtungen und Matrixharze. Im Vordergrund stehen Reaktivsysteme, die zu duromeren, elastomeren oder thermoplastischen Polymeren verarbeitet werden. Das Institut befasst sich intensiv mit der Entwicklung neuer, maßgeschneiderter Polymersysteme, aus denen Produkte für Anwendungen im Leichtbau, Komponenten für elektrische Energiespeicher oder die Medizintechnik resultieren.

Funktionale polymere Werkstoffe

Mit dem Ziel, Bauteile und Werkstoffe mit zusätzlichen Funktionalitäten auszustatten, werden »stimuli-responsive« Klebstoffe, selbstheilende Lacksysteme oder auch adaptive Verbundwerkstoffe entwickelt. Vor dem Hintergrund der Ressourcenknappheit und zunehmender Verschmutzung der Umwelt mit Kunststoffen spielen polymere Werkstoffe, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren oder biologisch abbaubar sind, eine große Rolle. So werden u.a. stärkebasierende Klebstoffe für Holzklebungen, Biokomposite aus Biopolymeren und Naturfasern für die Verpackungsindustrie oder Agrarwirtschaft und Additive aus Chitosan für Antifouling-Lackierungen entwickelt.

Überprüfung von Funktion und Lebensdauer

Ein zentraler Bestandteil ist die Werkstoffcharakterisierung zur Ermittlung von Materialkennwerten, die in Kombination mit numerischen Simulationsmethoden zur Vorhersage der Funktions- und Lebensdauer herangezogen werden. Für die rechnerische Nachweisführung von Faserverbundwerkstoffen und geklebten Strukturen werden vereinfachte mathematische Modelle und die Finite-Elemente-Methode (FEM) eingesetzt, aus denen sich polymerspezifische Werkstoffmodelle und Modellierungstechniken ableiten lassen. Mit Unterstützung des angegliederten Werkstoffprüflabors können Materialkarten für FEM-Programme erstellt werden, die eine werkstoff- und anwendungsgerechte Bemessung von Klebverbindungen und Bauteilen ermöglichen.

Qualitätssicherung

Ein übergreifender Kompetenzbaustein ist die Qualitätssicherung. Die durchgängige Überwachung der Reaktionsprozesse von polymeren Werkstoffen sowie der daraus gefertigten Bauteile durch maßgeschneiderte Analyseverfahren ist hierbei ein wesentliches Werkzeug zur Sicherung einer zuverlässig hohen Qualität der Endprodukte. Dies wird durch eine zertifizierte, branchen- und produktübergreifende Personalqualifizierung unterstützt. Im Rahmen der beruflichen Weiterbildung findet ein Technologietransfer statt, bei dem wissenschaftliche Erkenntnisse und Methoden den Weg in die industrielle Anwendung finden.

Forschungsziele im Bereich Polymere Werkstoffe

• Entwicklung von Polymeren als Rohstoffe für Klebstoffe, Beschichtungen und Matrixharze
• Verarbeitung von Reaktivsystemen zu duromeren, elastomeren und thermoplastischen Polymeren
• Spektroskopische Analyseverfahren zur Kontrolle der Reaktionsprozesse und Materialcharakterisierung
• Thermische Analyse und Rheologie zur Charakterisierung polymerer Werkstoffe
• Polymere basierend auf nachwachsenden Rohstoffen und kontrolliert (bio)abbaubare Kunststoffe
• Entwicklung schaltbarer, multifunktionaler Polymere
• Fertigungs-, Misch- und Applikationsverfahren
• Werkstoffcharakterisierung zur Ermittlung von Materialkennwerten
• Vorhersage der Funktions- und Lebensdauer
• Werkstoff- und anwendungsgerechte Bemessung von Klebverbindungen und Bauteilen
• Herstellung prototypischer Bauteile und Strukturen
• Bearbeitungstechnik (Fräsen, Bohren, Wasserstrahlschneiden)
• Qualitätssicherung und Technologietransfer