Fließverhalten nanopartikulärer Epoxidharz-Suspensionen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Carsten Schilde; Professor Dr.-Ing. Gerhard Ziegmann
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232311024

Disperse Eigenschaften, wie Primärpartikel- und Aggregatgröße und Partikelgrößenverteilung, Aggregatstruktur, Primärpartikelmorphologie und Oberflächenfunktionalisierung von Partikeln bestimmen wesentlich verarbeitungs- und anwendungstechnische Eigenschaften von Endlosfaser verstärkten Nanokompositen (FVNK). Modelle zur skalenübergreifenden Beschreibung dieses Zusammenhangs existieren aber nur in Ansätzen. Die grundlegende Frage ist zu beantworten, wie sich die dispersen Eigenschaften auf die Strukturbildung entlang der Prozesskette und der gewünschten verarbeitungs- und anwendungstechnischen Eigenschaften auswirken. Wesentliche Parameter, die die verarbeitungstechnischen Grenzen von Nanopartikel-Epoxidharzsuspensionen zu faserverstärkten Nanokompositen bestimmen, sind die Fließeigenschaften der Epoxidharzsuspension und deren Reaktionskinetik. So schränken hohe Suspensionsviskositäten und kurze Reaktionszeiten die Fertigung von großen oder komplexen Bauteilen stark ein. Entscheidend für das Fließverhalten und damit die Verarbeitungsgrenzen sind die Vorgänge und Mechanismen im Mikromaßstab, insbesondere an fest/flüssig-Grenzflächen. Für die Reaktionszeit sind vor allem die Wechselwirkungen zwischen Partikeln und dem umgebenden Fluid von besonderer Bedeutung. Diese Wechselwirkungen im Mikromaßstab können über die Kopplung von CFD- und DEM-Simulationen und Verwendung geeigneter Kontaktmodelle für die Wechselwirkungen beschrieben werden. Zur Beschreibung der rheologischen Eigenschaften in Nanopartikel-Epoxidharzsuspensionen werden im TP3 Modelle aufgestellt und verifiziert, die den wichtigen und anspruchsvollen Ansatz der skalen-übergreifenden Beschreibung erfüllen. Die Modelle werden Funktionen von Aggregatstruktur, Primärpartikelmorphologie, Partikel-Partikel- Wechselwirkungen und Reaktionszeit sein. Damit ist das Teilprojekt 3 in die zweite Ebene der Forschergruppe, Einfluss der Nanopartikel auf die Verarbeitung des Polymers, eingeordnet.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2021: Wirkprinzipien nanoskaliger Matrixadditive für den Faserverbundleichtbau
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Arno Kwade