Language
Country/Area
No result found
Der Reiz von Polymerverbundwerkstoffen: Warum sind PMCs in der modernen Technik so beliebt?
Aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften erfreuen sich Polymermatrix-Verbundstoffe (PMCs) in der heutigen Materialwissenschaft großer Aufmerksamkeit. Diese Verbundwerkstoffe bestehen aus verschiedenen kurzen oder langen Fasern, die durch eine organische Polymermatrix zusammengehalten werden, die für eine effiziente Lastübertragung zwischen den Fasern sorgt. Aufgrund der steigenden Anforderungen der modernen Technik werden PMCs zunehmend in verschiedenen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Transportwesen und dem Bauwesen eingesetzt und erfreuen sich immer größerer Beliebtheit.
PMCs haben die wesentlichen Vorteile ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Verschleißfestigkeit, hohen Korrosionsbeständigkeit, hohen Steifigkeit und Festigkeit.
Funktion des Grundmaterials
Bei PMCs besteht die Funktion der Matrix darin, die Fasern zusammenzuhalten und Lasten zwischen ihnen zu übertragen. Das Matrixmaterial von PMCs ist üblicherweise duroplastisches Harz oder thermoplastisches Harz. Am gebräuchlichsten sind duroplastische Harze, denen ein Härter zugesetzt werden muss, der dann unter Druck in das Verstärkungsmaterial eingearbeitet und anschließend zum fertigen Teil ausgehärtet wird.
Duroplastisches Harz
Duroplaste dominieren die Verbundwerkstoffindustrie und umfassen eine Vielzahl von Harzsystemen wie Epoxide, Phenole, Polyurethane und Polyamide. Epoxidharz wird in der US-Industrie seit über 40 Jahren verwendet. Es weist eine stabile Leistung auf und wird häufig in verschiedenen Hochleistungsverbundwerkstoffen verwendet.
Epoxidharze sind Kunstharzprodukte, mit denen sich Verbindungsmodelle entsprechend den erforderlichen Eigenschaften anpassen und erweitern lassen, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Gesamtleistung liegt.
Vorteile von thermoplastischen Harzen
Im Gegensatz zu duroplastischen Harzen werden thermoplastische Harze relativ selten verwendet, haben aber den Vorteil, dass sie umformbar sind. Diese Materialien werden typischerweise in nichtreaktiver fester Form geliefert und können durch einfache Anwendung von Hitze und Druck in die gewünschte Form gebracht werden. Dadurch erhalten thermoplastische Harze bei bestimmten Anwendungen eine größere Flexibilität und Effizienz.
Verwendung von Glasfaser
Faserverstärkte PMCs enthalten normalerweise etwa 60 % Verstärkungsfasern und sind für ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften bekannt. Zu den häufig verwendeten Fasern gehören Glasfasern, Kohlenstofffasern und Aramidfasern. Glasfaser wird aufgrund ihrer geringen Kosten und einfachen Herstellung häufig verwendet. Obwohl ihre Steifigkeit relativ gering ist, ist ihre Zugfestigkeit immer noch konkurrenzfähig.
Die stärkende Wirkung von Nanomaterialien
Neben herkömmlichen Fasermaterialien haben in den letzten Jahren auch mit Nanomaterialien verstärkte PMCs große Aufmerksamkeit erhalten, wobei Kohlenstoffnanoröhren das repräsentativste Beispiel sind. Kohlenstoffnanoröhren können die mechanischen Eigenschaften sogar bei Volumenanteilen unter 2 % deutlich verbessern und werden daher immer häufiger in Hochleistungsmaterialien eingesetzt.
Kohlenstoffnanoröhren verfügen über eine extrem hohe Zugfestigkeit und Steifheit, die auf starken kovalenten Bindungen zwischen ihren Atomen beruht.
Herausforderungen und Lösungen für die Schnittstellenintegration
Um die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren voll auszunutzen, muss sichergestellt werden, dass die Lastübertragung zwischen den Nanoröhren und der Matrix sehr gut ist. Dies erfordert eine Funktionalisierung der Oberfläche von Kohlenstoffnanoröhren, um eine bessere Bindung mit dem Substrat zu erreichen. Dieser Prozess kann in zwei Strategien unterteilt werden: nicht-kovalente Modifikation und kovalente Modifikation.
Zukünftige Entwicklungstrends
Da sich die Technologie ständig weiterentwickelt, wird die Zukunft der PMCs noch rosiger aussehen. Die Entwicklung von 3D-Graphenpolymer-Verbundwerkstoffen zeigt vielversprechende mechanische Eigenschaften und hat das Potenzial, die Fertigungslandschaft zu verändern. Die weitere Forschung im Bereich der Nanomaterialien wird zudem das Potenzial für noch höhere Leistungen offenbaren.
Während wir untersuchen, wie die Anwendung von PMCs technische Lösungen in der Zukunft revolutionieren könnte, haben Sie darüber nachgedacht, wie Ihre Branche davon profitieren könnte?
