Der Faser-Matrix-Haftung auf die Sprünge helfen

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Damit die Bremer Forscher die unter Bestrahlung erzeugten Effekte vergleichen konnten, wurde ein Verbundsystem mit Polypropylen ausgewählt, das sie in ihren Arbeiten mit Haftverstärkern gut kennengelernt hatten. In einer ersten Versuchsreihe setzten sie eine große Anzahl von Faserverbundproben in den Anlagen von BGS unterschiedlichen Strahlungsintensitäten aus. Zur Untersuchung der Haftung wurde der dafür gebräuchliche Einzelfaser-Fragmentationstest herangezogen. Die Ergebnisse sind sehr vielversprechend: Sowohl bei niedriger (5 kGy) als auch bei höherer (15 kGy) Strahlendosis zeigte sich eine deutlich verbesserte Haftung zwischen Polymer und Naturfaser, und zwar um bis zu 50 % im Vergleich zu einer Haftverstärkung mit Maleinsäureanhydrid [1 bis 3].

Allerdings verringerte sich durch die Bestrahlung die Bruchdehnung des Polypropylens, sodass Müssig in weiteren Versuchsreihen auch andere Matrixwerkstoffe wie Polyethylen erkunden möchte. Von diesen Polymerwerkstoffen ist bekannt, dass sie gutmütig auf Bestrahlung reagieren. Weiterhin will Müssig die Ergebnisse anhand komplexer, größer dimensionierter Proben überprüfen.

Verbesserte Perspektiven für FVK-Großserienfertigung

In der Praxis eröffnet die Bestrahlungstechnologie ganz neue Perspektiven für die Großserienfertigung von FVK. Eine gute Ausgangslage wurde geschaffen mit der inzwischen erreichten verfahrenstechnischen Reife der Bestrahlungstechnologie, dem Stand der Technik bei Glasfaser- und Kohlenstofffaser-Verbundkunststoffen sowie mit den Bremer Forschungsergebnissen und zahlreichen weiteren Arbeiten, die eine Verbesserung der Faser-Matrix-Haftung durch Bestrahlung nahelegen.

Derzeit gibt es einen Trend in Richtung sogenannter Organobleche. Dabei handelt es sich um gut definierte und standardisierte endlosfaserverstärkte Thermoplasthalbzeuge, die in einem zweiten Verarbeitungsschritt – nach der Halbzeugherstellung – ihre Form in der industriellen Großserienfertigung durch Pressen oder Tiefziehen erhalten. Ein sich daran anschließender dritter Verarbeitungsschritt zur Härtung und Optimierung der Werkstoffeigenschaften mittels physikalisch wirkender Strahlenvernetzung könnte manches Problem der jetzigen Verfahrensweisen elegant umschiffen. Dazu zählten beispielsweise Qualitätsschwankungen, die im Zuge von chemisch induzierten Aushärtungsprozessen auftreten.

Der Strahlendienstleister BGS möchte deshalb sein Know-how aus der Strahlenvernetzung und deren Potenzial auch zur Verbesserung der Faser-Matrix-Haftung in die Optimierung der innovativen FVK-Systeme einbringen. Zudem will BGS mit den Möglichkeiten der physikalischen Vernetzung dazu beitragen, das Potenzial weiterer Verstärkungsmaterialien wie Aramidfasern oder Kohlenstoff-Nanotubes noch besser zu erschließen.

Literatur

[1] Huber, T., und J. Müssig: Fibre Matrix Ddhesion of natural fibres cotton, flax and hemp in polymeric matrices analyzed with the Single Fibre fragmentation test. In: Composite Interfaces (ISSN 0927-6440), Vol. 15, No. 2–3, (2008), pp. 335–349.

[2] Huber, T., U. Biedermann und J. Müssig: Enhancing the Fibre Matrix Adhesion of Natural Fibre Reinforced Polypropylene by Electron Radiation Analyzed with the Single Fibre Fragmentation Test. In: Composite Interfaces (ISSN 0927-6440), Vol. 17, (2010), pp. 371–381.

[3] Slootmaker, T., und J. Müssig: SEM Catalogue for Animal and Plant Fibres. In: Industrial Applications of Natural Fibres – Structure, Properties and Technical Applications (Editor: J. Müssig). Chichester/United Kingdom: John Wiley & Sons, Ltd, 2010, (ISBN 978-0-470-69501-1), p. 311–336.

* Dr. Andreas Ostrowicki ist Geschäftsführer der BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG in Wiehl. Joachim Gehring leitet die Anwendungsentwicklung von BGS. Dieter Beste ist freier Fachjournalist in Düsseldorf.

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