Teilprojekt A1: Online-gesponnene Hybridgarne für funktionale Grenzschichten in GF/PP-Verbunden

Schwerpunkt weiterer Forschungsarbeiten ist die Modifizierung der online ersponnenen Hybridgarne zur Verbesserung der Verbundeigenschaften durch technologische Verbesserungen der Online-Hybridgarnspinnanlage (Filamentmischung, Querschnittsgeometrien) und werkstoffwissenschaftliche Entwicklungen (Grenzschichtdesign, multifunktionale Effekte durch Nanostrukturierung). Durch Erweitern des Arbeitsbereiches der Hybridgarnspinnlage, angepasst an die Anforderungen der anderen Teilprojekte, sollen spezielle GF/PP-Hybridgarne hergestellt sowie der Einsatz technischer Polymere evaluiert werden.

Mit der aufgebauten Online-Hybridspinntechnologie für Glasfaser (GF)- und Polypropylen (PP)-Filamente konnten nach Anpassung der Spinngeschwindigkeiten, Filamentdurchmesserverhältnisse sowie der Realisierung eines effizienten Schlichteauftrags, ausgerichtet auf hohe mechanische Verbundeigenschaften, Hybridgarne ersponnen werden, die gegenüber luftexturierten Hybridgarnen bzgl. mechanischem Kennwertniveau, Verteilungshomogenität der beiden Komponenten sowie thermischen Schrumpf, wesentliche Vorteile aufweisen. Die beabsichtigte Erweiterung der erarbeiteten Grundlagenerkenntnisse ist gerichtet auf die Erhöhung der Spinngeschwindigkeiten, die Verbesserung der Verarbeitbarkeit für spezielle Anwendungen, die bessere Mischung der Komponenten sowie die variable Gestaltung der Faservolumenverhältnisse. Für eine Verwendung der Hybridgarne als Maschen-(TP A2) bzw. Nähfaden (TP B1) sowie für Compliantstrukturen (TP D2) wird beabsichtigt, Glasfilamente mit einem Durchmesser <12 µm zu erspinnen, die mit einer angepassten Oberflächenmodifizierung sowohl geringere Biegeradien ermöglichen als auch zu einer verbesserten Funktionsintegration führen. Neben der für den Verbund GF/PP entwickelten Oberflächenmodifizierung bestehend aus Aminosilan-Haftvermittlern und mit Maleinsäureanhydrid-gepfropftem, nanodispergiertem PP-Filmbildner wurde in Vorversuchen der neue Ansatz verfolgt, Nanotubes in der Grenzschicht zu konzentrieren, um sowohl eine Defektausheilung der GF als auch eine Nukleierung sowie neue Bruchmechanismen zu erzielen, die eine Verbesserung der Verbundeigenschaften bewirken. Aufgrund der erreichten Eigenschaftsverbesserungen soll dieser Ansatz zielgerichtet untersucht werden, um neue multifunktionale Effekte durch Nanostrukturierung in der Grenzschicht der GF/PP-Verbunde zu erreichen.

In weiterführenden systematischen Untersuchungen zur Erweiterung des Arbeitsbereiches der aufgebauten unikalen Hybridgarnspinnanlage, sollen auch die technischen Thermoplaste Polyamid, Polybutylenterephthalat und Polyphenylensulfid erstmalig in den online-Spinnprozess einbezogen werden, um somit neben der neuen Herausforderung der online-Erspinnung dieser Komponenten, das Einsatzspektrum der textilverstärkten Verbundkomponenten hinsichtlich ihres thermomechanischen Leistungsvermögens zu erhöhen. Eine begleitende Schlichteentwicklung soll eine gute Faser-Matrix-Haftung gewährleisten und die Einsatzgrenzen der Hybridgarne zu höheren Temperaturen erweitern. Die am GF/PP-System erarbeiteten Grundlagenerkenntnisse hinsichtlich der Verwendung von Nanopartikeln in der Schlichte sollen auch auf die neuen Werkstoffsysteme übertragen und der Einsatz der günstigsten Varianten für diese untersucht werden.

Leitung
Dr. rer. nat. Harald Brünig
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. 
Hohe Str. 6
01069 Dresden
Tel.: +49 351 4658-301
Fax: +49 351 4658-219
  

Prof. Dr.-Ing. habil. Edith Mäder
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V.
Hohe Str. 6
01069 Dresden
Tel.: +49 351 4658-305
Fax: +49 351 4658-362