South Dakota Mines Ingenieure gewinnen 2. Platz im nationalen Brückenwettbewerb mit leichtem Composite-Design

Die South Dakota School of Mines and Technology (Rapid City, SD, USA) gab am 14. August bekannt, dass Studenten den zweiten Platz im Society for the Advancement of Material and Process Engineering (SAMPE, Diamond Bar, CA, USA) 2018 Student Bridge Contest belegten, indem sie eine Brücke entwarfen, die nur 12,5 Unzen (ca. 354 g) wiegt und eine 2.000-lb-Last (ca. 907 kg) tragen kann.

Mines-Studenten konstruierten das Brückendesign mit einem proprietären Composite-Blattmaterial, das von einem Forscherteam am Mines' Composite and Nanocomposite Advanced Manufacturing Center (CNAM) und Composites and Polymer Engineering (CAPE) Labor erfunden wurde. Durch Verkleben des einzigartigen CNAM-Materials, genannt Discontinuous Fiber Thermoplastic Sheet (DiFTS), an Ober- und Unterseite eines leichten Wabenkerns in einem geeigneten Dickenverhältnis konnten die Studenten die Eigenschaften der laminierten Sandwichstruktur so auslegen, dass sie die Lastanforderungen des Wettbewerbs erfüllten, bei gleichzeitig niedriger Gesamtdichte. Das DiFTS-Material integriert kurze, recycelte Kohlefasern in einer thermoplastischen Matrix, wobei gleichmäßige Faserverteilung, signifikante Faserausrichtung, effektive Fasernlängenerhaltung und vollständige Fasereinkapselung zu Hochleistungseigenschaften bei einem kostengünstigen Prozess führen.

„Es ist nicht so, dass CNAM ein Supermaterial entwickelt hat; es ist so, dass wir ein kostengünstiges, hochleistungsfähiges, umweltverträgliches Composite entwickelt haben, das demonstrierbar so ausgelegt werden kann, dass es anspruchsvolle Lasttragungsanforderungen erfüllt und sehr günstig gegen traditionelle Hochkosten-Kohlefaserverbunde abschneidet“, sagt Team-Berater Professor David Salem, Ph.D., Direktor des CNAM Centers und des CAPE Labors.

Das SD Mines Brücken-Team umfasste Matthew Phillips, Senior in Mathematik und Maschinenbau; Schmid, Ph.D.-Student im Nano Science and Engineering Program; und Krishnan Veluswamy, Ph.D.-Student im Materials Engineering and Science Program, der auch den 2018 SAMPE International University Leadership Experience Award gewann. „Es ist aufregend, dass diese Brücke aus hausinternen Materialien gebaut wurde, die an Mines entwickelt wurden“, sagt Veluswamy. „Diese Art von Material hat industrielle Anwendungen querbeet, von Sportgeräten über Automobile bis zu Flugzeugen, weil es stark, leicht und kostengünstig herzustellen ist.“

Ein Schwesterzentrum – das CNAM Biomaterials Center (CNAM-Bio) – wurde kürzlich an SD Mines gestartet und forscht an pflanzenbasierten biologisch abbaubaren Kunststoffen, natürlichen Biofasern und Biokompositen, die eines Tages mit dieser Technologie verschmelzen könnten, was die ökologische Nachhaltigkeit von DiFTS weiter erhöhen würde.