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Prozessgeführte Strukturbildung polymerer Materialien

Prof. Dr. Gert Heinrich
Prof. Dr. Manfred Stamm

Die enge Verknüpfung von naturwissenschaftlicher und ingenieurwissenschaftlicher Kompetenz am IPF bietet hervorragende Voraussetzungen für die Entwicklung von polymeren Funktions- und Mehrkomponentenwerkstoffen für Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau sowie die dazugehörigen Verarbeitungstechnologien. Durch komplexe Herangehensweisen und enge Abstimmung werkstofftechnischer, naturwissenschaftlich geprägter und prozesstechnischer Schnittstellen – vom Molekül bis zum Werkstoff am komplexen Bauteil – werden Innovationen besonders für die Energie- und Umwelttechnik sowie für Leichtbautechnologien geschaffen.

Ein am IPF verfolgter, sehr praxisnaher Ansatz ist es, für die Optimierung und maßgeschneiderte Anpassung von Materialeigenschaften Strukturbildungsprozesse direkt im Werkstoffherstellungsprozess zu nutzen. Erforscht und umgesetzt wird das z. B. für reaktive Spritzgussverfahren bei Thermoplasten, reaktive Mischverfahren bei Elastomeren, Modifizierungstechnologien mittels Energieeintrag über Elektronen während der Verarbeitung, für chemisch initiierte Exfolierungsstrategien bei polymeren Nanokompositen, und für gezielte Strukturbildung, Stabilisierung und Lokalisierung von Nanofüllstoffen in mehrphasigen Polymerblends oder Polymerverbundwerkstoffen.

Die wissenschaftlichen Herausforderungen erstrecken sich dabei von neuen verfahrenstechnischen Ansätzen, über neue werkstoffliche Konzepte unter Einbeziehung multifunktionstragender Nanofüllstoffe, anzupassende Charakterisierungsmethoden - zum Beispiel zur lokalen Struktur- und Orientierungsbestimmung, zur Analyse topographisch komplexer Oberfläche und zur Charakterisierung innerer Grenzflächen - bis hin zu neuen angepassten physikalischen Modellen, u.a. zu polymervermittelten Füllstoff­wechsel­wirkungen.     

  • Steuerung, Charakterisierung und Modellierung der Strukturbildungsprozesse und der Werkstoffeigenschaften bei der reaktiven Verarbeitung von multifunktionalen Polymer- und Elastomerwerkstoffen
  • Design von Grenzflächen in Multikomponenten- und Multifunktions-Verbundwerkstoffen sowie deren struktur- und bruchmechanische Charakterisierung
  • Entwicklung neuer Verarbeitungstechnologien durch Kombination mit der Elektronenbestrahlung, durch grenzflächenreaktives Spritzgießen und durch Schmelzspinnen von neuartigen bikomponentigen Multifunktionsgarnen
  • Online-Analytik bei der Prozessführung zu nanostrukturierten Polymerwerkstoffsystemen
 
Process-controlled structure formation in polymer materials
Prozessgeführte Strukturbildung polymerer Materialien

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