Grundlegende Untersuchung potenziell kreislauffähiger intrinsisch polymerfaserverstärkter Kunststoffe zur lokalen Bauteilteilertüchtigung durch 3D-Druck mittels Fused Filament Fabrikation FFF

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alois K. Schlarb
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497642170

Für viele Anwendungen sind die Struktureigenschaften von ungefüllten Kunststoffen nicht ausreichend. Zur Verbesserung dieser Eigenschaften werden diese daher klassisch mit Fasern verstärkt. Die Fasern bewirken allerdings in der Regel auch eine höher Dichte und schränken zudem das Potenzial für mechanisches Recycling ein, da die Verstärkungswirkung von der Faserlänge abhängt und diese beim mechanischen Recycling in Schneckenmaschinen unweigerlich eingekürzt werden. Genau hier setzen Mikrofibrillare Composite (MFC) an. Sie werden nach einer Idee von M. Evstatiev and S. Fakirov (Polymer 1992, 33, 877) hergestellt und vereinen die Belastbarkeitsvorteile der Faserform mit der geringen Dichte von Kunststoffen. In früheren Arbeiten mit MFC wurde deutlich, dass die Verstärkungswirkung der polymeren Filamente bei der Formteilherstellung mittels Spritzgießen aufgrund der verfahrensbedingt randomisierten Orientierung der Filamente im Volumen nicht voll ausgeschöpft werden kann. Der grundlegende Gedanke des vorliegenden Projektvorschlags ist es die Vorteile von MFC durch eine gezielte Faserausrichtung durch Fused Filament Fabrication (FFF) mit Blick auf flächige 3D-konturierte Strukturen besser auszubeuten. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass mit MFC signifikante Steifigkeits- und Festigkeitssteigerungen möglich sind und der Werkstoff einen mehrfachen Durchlauf durch eine Schneckenmaschine ohne Verluste in den mechanischen Eigenschaften verkraftet, d.h. Kreislauffähigkeit potenziell vorhanden ist.Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist es durch die Verknüpfung von MFC und FFF und dem zu erarbeitenden tiefen Verständnis zu den Zusammenhängen zwischen Prozess, Morphologie und mechanischen Eigenschaften ein Weg zu leistungsstarken und kreislauffähigen Produkten als Ergänzung zu konventionell diskontinuierlich langfaserfaserverstärkten Kunststoffen zu eröffnen. Die Ziel sind im Einzelnen:(1) die Orthotropieeigenschaften einer gerichteten diskontinuierlichen Langfaserpolymerverstärkung in Kunststoffbauteilen gezielt auszuschöpfen,(2) die Druckparameterabhängigkeit der resultierenden Bauteileigenschaften simulationsgestützt und morphologiebezogen zu erforschen und zu bewerten,(3) den Einfluss von Verträglichkeitsvermittlern auf die Fibrillenbildung und die Anbindung zwischen Faser und Matrix zu untersuchen sowie(4) die Tauglichkeit der Kombination Material/Prozess bezogen auf Bauteildesign und Kreislauffähigkeit zu bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen