University of South Alabama, MHP engagieren sich in Forschungspartnerschaft für Kunststoffverbundwerkstoffe 

Die Gruppe von Professor Kuang-Ting Hsiao an der University of South Alabama (Atlanta) hat kürzlich ZT-CFK entwickelt, einen innovativen, mit Nanopartikeln angereicherten und mit Kohlefasern verstärkten Kunststoffverbundstoff, der ursprünglich von der NASA gefördert wurde. Gefördert von der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) hat die Universität eine Forschungspartnerschaft gegründet, um das Potenzial des fortschrittlichen Verbundwerkstoffs voll auszuschöpfen und eine schnelle Markteinführung von ZT-CFK zu gewährleisten.

Neben der University of South Alabama sind fünf Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen 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 soll in dieser Zusammenarbeit eine Schlüsselrolle spielen, indem es in enger Zusammenarbeit mit der Universität die Entwicklung eines Rolle-zu-Rolle-Produktionsprozesses für ZT-CFK unterstützt, der eine kostengünstige Produktion großer Mengen des Materials ermöglicht. Ziel des Projekts ist es, ZT-CFK bis 2024 auf den Markt zu bringen.

„Unser Kollege Dr. Sebastian Kirmse hat seine Dissertation an der University of South Alabama geschrieben und war während dieser Zeit an der Forschung für diesen neuen, spannenden Verbundwerkstoff beteiligt“, erklärt Tobias Hoffmeister, Präsident und CEO von MHP Americas Inc. „ Als Sebastian Anfang 2020 zu MHP kam, hat er uns über die neue Technologie informiert und uns beteiligt. Wir alle waren von Anfang an überzeugt, dass der Verbundwerkstoff großes Potenzial hat.“

Der mit gezielt orientierten Nanopartikeln angereicherte und mit Carbonfasern verstärkte Kunststoffverbund soll eine Reihe von Eigenschaften aufweisen, die ihn von anderen Verbundwerkstoffen dieser Gruppe abheben. Carbon-Nanofasern werden zickzackförmig zwischen die herkömmlichen Carbonfasern eingefädelt, wodurch ein Gewebe entsteht, bei dem sich die mechanischen, elektrischen und thermischen Belastungen in alle Richtungen innerhalb des Verbundes verteilen und die Leitfähigkeit des Materials (insbesondere orthogonal zur Faserrichtung) deutlich erhöht wird. Damit sei ZT-CFK nicht nur leichter als Aluminium und zäher als Stahl, so die Universität, sondern auch deutlich weniger anfällig gegenüber mechanischen Kräften, wie zum Beispiel Stoßschäden, als herkömmliche kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK).

ZT-CFK wird sowohl in Form einer Prepreg-Rolle als auch als dünner Harzfilm erhältlich sein, der verwendet werden kann, um traditionelle Prepreg-Materialien zu optimieren oder zwei Materialien mit verbesserter mechanischer, thermischer und elektrischer Verbindung und Haltbarkeit zu verkleben.

ZT-CFK soll zudem ein breites Anwendungsspektrum eröffnen, vom Automobil über die Raumfahrt bis hin zu Sportarten wie Golf. „Bei Autos zum Beispiel versuchen wir ständig, eine hohe Sicherheit für die Fahrgäste zu gewährleisten und gleichzeitig das Gewicht und damit den Energieverbrauch zu reduzieren“, erklärt Dr. Sebastian Kirmse. „ZT-CFK könnte Aluminium als Material der Wahl für das Chassis ersetzen. Dies war mit herkömmlichen kohlefaserverstärkten Kunststoffen, insbesondere bei thermisch erhöhten Teilen, nicht möglich.“ In ähnlicher Weise könnte der neue Verbundstoff auch in Raumfahrzeugen eingesetzt werden. Zudem sollen Golfschläger mit dem Material leichter und leistungsfähiger werden. Dr. Sebastian Kirmse führt weiter aus, dass das Material aufgrund seiner multifunktionalen Eigenschaften ein erweitertes Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten bietet, das im Projekt gemeinsam mit den Partnern erforscht wird.