Funktionalisierung von Faserverbunden mit nanopartikelmodifizierten Harzsystemen
Nanopartikeln (NP) bieten einen vielversprechenden Weg, um effektiv die Eigenschaften von Strukturen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) zu verbessern und bestimmte Funktionalitäten einzubringen. In dieser Doktorarbeit wurde die Funktionalisierung von FVK-Strukturen mit drei repräsentativen NP-Systemen mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Charakteristika (Böhmit, Siliziumdioxid und Carbon-Nanotube) vergleichend untersucht. Zunächst, aufgrund der Interaktionen zwischen den drei Ausgangskomponenten sowie ihrem Einfluss auf Prozess und finale Eigenschaften, werden die kritischen Materialeigenschaften jeder Komponente und ihre gegenseitigen Beeinflussungen systematisch charakterisiert. Darüber hinaus werden schwerpunktmäßig die bedeutenden Prozessaspekte wie die Aushärtungskinetik, die Rheologie der NP-modifizierten Epoxidharzmatrix sowie das Kompaktierungsverhalten (globaler/lokaler Faservolumengehalt, Makro-/Mikroporosität) und die Permeabilität der Faserpreforms unter Berücksichtigung des Filtereffekts der NP kritisch untersucht und modelliert. Anschließend, in Anbetracht des komplexen Fließ- und Filterverhaltens der mit unterschiedlichen NP-modifizierten Epoxidharzmatrix, werden unterschiedliche Imprägnierungsstrategien – bestehend aus In-Plane- (sequentielle und parallele Injektion) und Out-of-Plane-Methoden – untersucht. Die Prozessentwicklung wird sowohl durch Experimente als auch Simulationen zum Imprägnier- und Aushärteverhalten von NP-modifizierten Epoxidharzsystemen unterstützt. Schließlich, es werden die mechanischen (mit dem Fokus auf kritische, matrixdominierte Eigenschaften, wie z.B. Risszähigkeit, Biege und interlaminar Schereigenschaften), thermisch-mechanischen und elektrischen Eigenschaften der FVKs hinsichtlich der eingesetzten NP-Systeme vergleichend untersucht. Die Ergebnisse zeigen deutliche Verbesserungen dieser Eigenschaften durch die Modifizierung mit NP.
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Freie Schlagwörter:
Nanopartikeln; Böhmit; Siliziumdioxid; Carbon-Nanotube; faserverstärkte Kunststoffe (FVK); Liquid-Composite-Molding-Prozesse (LCM-Prozesse); Filamentabstandsverteilung; Permeabilität; Imprägnierungsstrategie; Reaktionskinetik und Rheologie; Fließ- und Aushärtesimulation; matrixdominierte Eigenschaften
Institut / Lehrstuhl:
Fakultät für Natur und Materialwissenschaften der Technischen Universität Clausthal
Sprache:
Englisch
Fachgutachter:
Professor Dr. rer. Nat. Albrecht Wolter,
Professor Dr.-Ing. Gerhard Ziegmann,
Professor Dr. rer. Nat. Alfred Weber,
Professor Dr. Dichen Li
Erscheinungsjahr:
2017
Anbieter:
Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de
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