USAB Universität partners mit MHP für NASA-gestützte ZT-CFRP Composite-Technologie

Professor Kuang-Ting Hsiaos Gruppe an der University of South Alabama (Atlanta) hat kürzlich ZT-CFRP entwickelt, einen innovativen Kunststoff-Composite, angereichert mit Nanopartikeln und verstärkt mit Carbonfasern, der ursprünglich von NASA unterstützt wurde. Finanziert durch die US National Science Foundation (NSF) hat die Universität eine Forschungspartnerschaft aufgebaut, um das Potenzial des fortschrittlichen Composite-Materials voll auszuschöpfen und sicherzustellen, dass ZT-CFRP zügig einem breiteren Markt zugänglich gemacht wird.

Neben der University of South Alabama sind fünf Unternehmen aus verschiedenen Sektoren an der Partnerschaft beteiligt, darunter MHP (Atlanta, Georgia, USA), Porsche Motorsports (Kalifornien, USA), UST Mamiya (Fort Worth, Texas, USA), Hexcel Corp. (Stamford, Connecticut, USA) und Toray Composite Materials America (Tacoma, Washington, USA). MHP wird dabei eine Schlüsselrolle spielen, indem es eng mit der Universität zusammenarbeitet, um das Design eines Roll-to-Roll-Fertigungsprozesses für ZT-CFRP zu unterstützen, der die Herstellung großer Mengen des Materials zu niedrigen Kosten ermöglicht. Das Projekt zielt darauf ab, ZT-CFRP bis 2024 marktreif zu machen.

„Unser Kollege Dr. Sebastian Kirmse schrieb seine Dissertation an der University of South Alabama und war während dieser Zeit in die Forschung für diesen neuen, aufregenden Composite involviert“, erklärt Tobias Hoffmeister, Präsident und CEO von MHP Americas Inc. „Als Sebastian Anfang 2020 zu MHP stieß, informierte er uns über die neue Technologie und brachte uns ins Boot. Wir waren alle von Anfang an überzeugt, dass das Composite-Material beträchtliches Potenzial hat.“

Der Kunststoff-Composite, der mit spezifisch orientierten Nanopartikeln angereichert und mit Carbonfasern verstärkt ist, soll eine Reihe von Eigenschaften aufweisen, die ihn von anderen Composites dieser Gruppe abheben. Carbon-Nanofasern sind in Zickzack-Formation zwischen den konventionellen Carbonfasern eingefädelt, wodurch ein Gewebe entsteht, in dem mechanische, elektrische und thermische Lasten in alle Richtungen innerhalb des Composites verteilt werden, was die Leitfähigkeit des Materials signifikant erhöht (insbesondere orthogonal zur Faserrichtung). Die Universität merkt an, dass dies bedeutet, dass ZT-CFRP nicht nur leichter als Aluminium und zäher als Stahl ist, sondern auch signifikant weniger anfällig für mechanische Kräfte wie Aufprallschäden als konventionelle carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK).

ZT-CFRP wird sowohl als Prepreg-Rolle als auch als dünner Harzfilm verfügbar sein, der zur Optimierung traditioneller Prepreg-Materialien oder zum Kleben zweier Materialien mit verbesserter mechanischer, thermischer und elektrischer Verbindung und Haltbarkeit verwendet werden kann.

ZT-CFRP eröffnet auch ein breites Spektrum potenzieller Anwendungen, von Automotive über Raumfahrt bis zu Sportarten wie Golf. „Bei Autos versuchen wir beispielsweise ständig, ein hohes Sicherheitsniveau für Insassen zu garantieren, während wir gleichzeitig Gewicht und damit Energieverbrauch reduzieren wollen“, erklärt Dr. Sebastian Kirmse. „ZT-CFRP könnte Aluminium als Material der Wahl für das Chassis ersetzen. Das war mit konventionellen CFKs nicht möglich, besonders für Teile, die erhöhter thermischer Belastung ausgesetzt sind.“ Der neue Composite könnte auch ähnlich in Raumfahrzeugen eingesetzt werden. Zudem sollen Golfschläger mit dem Material leichter und leistungsstärker werden. Dr. Sebastian Kirmse führt weiter aus, dass aufgrund seiner multifunktionalen Eigenschaften das Material ein erweitertes Spektrum möglicher Anwendungen impliziert, das während des Projekts in Zusammenarbeit mit den Partnern erforscht wird.