Technologieangebote Material- und Werkstofftechnik



Mechanisch verstärkte Verbundmaterialien aus isocyanatfrei hergestellten „grünen“ Polyhydroxy-urethanen (PHU)

In einem weiteren von der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH geförderten Projekt konnten nun an der Universität Freiburg Verbundmaterialien basierend auf Polyhydroxyurethanen (PHU) hergestellt werden, welche weitestgehend agglomeratfrei und homogen dispergierte oxidische Aluminiumnanoplättchen enthalten. Dabei konnte auf toxische und phosgenbasierte Isocyanate verzichtet werden, wodurch das Gefährdungspotential reduziert und die Verarbeitung deutlich vereinfacht werden konnte. In den so hergestellten innovativen Nanocompositen konnten mechanische Eigenschaften erzeugt werden, die in PHU-basierten Systemen bisher nicht erreicht wurden. In den neuen Verbundmaterialien konnten zudem perlmuttartige "Brick and Mortar"-Strukturen durch gezieltes Ausrichten dieser Füllstoffe dargestellt werden, wobei dieses Ausrichten zu einer größeren Härte des Materials führt. Das neue Verbundmaterial könnte überall da zum Einsatz kommen, wo kunststoffbasierte Werkstoffe mit hohem E-Modul und hoher Zugfestigkeit erforderlich sind, aber auch aufgrund seiner Härte und Kratzfestigkeit als Beschichtung, ohne dabei abrasiv gegenüber anderen Verbundmaterialien zu sein. Möglich sind vielfältige Anwendungen z.B. als Formkörper, Beschichtung, Klebstoff, Folie, Bauteil oder Materialsystem in der Medizintechnik.

 

 

Isocyanatfreie, „grüne“ Polyhydroxyurethane mit programmier- und schaltbaren Formen (SMPs)

In einem von der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH geförderten Projekt konnte nun an der Universität Freiburg ein innovatives, vergleichsweise einfaches Verfahren entwickelt werden, unter Verwendung von biobasierten Bausteinen und vorzugsweise lösungsmittelfrei nachhaltige, gesundheitlich weniger bedenkliche Poly(ß-hydroxy)urethane (PHUs) herzustellen. Das Verfahren kommt ohne Isocyanate aus und die verwendeten Monomere sind feuchtigkeitsunempfindlich.
Die so hergestellten teilkristallinen Polyurethanmaterialien bzw. Mehrschichtsysteme können gezielt über die Temperatur oder durch Wasseraufnahme definierte, einprogrammierte Formänderungen vollführen (shape memory effect).
Möglich sind vielfältige Anwendungen als Formkörper, Beschichtungen, Fasern, Folien, Aktuatoren oder auch als Bauteile in der Medizintechnik.

 

 

Permanente Oberflächenfunktionalisierung durch Bindungs-Multiplikation mittels Quat-Primer-Polymeren

„Q-Primer“ sind monomeraktive Ammoniumverbindungen, die es in Form einer Grundierung ermöglichen, praktisch jede Oberfläche permanent zu funktionalisieren. Es handelt sich um ein umweltfreundliches und kostengünstiges Verfahren, das die Herstellung ultra-dünner Schichten und eine Funktionalisierung „on demand“ ermöglicht. Die Trägersubstanz des Primers kann mit beliebigen funktionellen Gruppen ausgerüstet werden, sodass nun eine universell einsetzbare Strategie zur Modifizierung von Oberflächen zur Verfügung steht.

 

 

Novel carbonization process of PAN-nanofiber mats with enhanced surface area and porosity

This innovative carbonization process of carbon precursor fibers creates in a fast and energy saving manner carbon fibers (CF) which are highly porous (small pore diameters from 0.1 to 10 nm) and have a high surface area (100 to 2500 m2/g). The pyrolysis step needs only minutes or even seconds.

No additional additives like pore-providing templates, catalytic compounds or corrosive liquids are required. However, filler materials like pigments, dyes, graphene nanoplatelets or metal- and semiconductor nanoparticles can be admixed to vary the performance of the produced carbon fibers, e.g. to increase electrical conductivity. Overall, this technology combines conventional carbonization and activation treatments into one process and is more economical by saving time, costs and resources compared to already known thermal carbonization methods.

Applications of carbon fibers are known in the art. Electric applications like super caps and electrodes or filtration and adsorption for gas, water and solvent purification might be preferable.

 

 

Diamantbeschichtetes Hartmetallwerkzeug mit hoher Bruchzähigkeit und verbesserter Standzeit

Bei der Bearbeitung von Metallen und Verbundwerkstoffen (z. B. CFK oder Metall-Matrix-Komposite), insbesondere beim Zerspanen, kommen diamantbeschichtetet Hartmetallwerkzeuge zum Einsatz. Diese Hartmetallwerkzeuge bestehen zumeist aus Wolframkarbid in Kombination mit Cobalt. Beim Beschichten mit Diamant beeinträchtigt jedoch Letzteres die Adhäsion der Schicht auf dem Werkzeug. Bislang behilft man sich mit einer nasschemischen Vorbehandlung, um das Cobalt in einem oberflächennahen Bereich zu entfernen. Dies wirkt sich negativ auf die Bruchzähigkeit aus und führt insbesondere bei dynamischen Belastungen zur Zerrüttung der Werkzeugoberfläche und einem frühzeitigen Ausfall. 

In einem von der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH geförderten Projekt konnte nun am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM ein verbessertes Beschichtungsverfahren für Diamanthartmetallwerkzeuge entwickelt werden und gegenüber dem Stand der Technik eine wesentlichen Verbesserung der Diamantschichthaftung und entsprechend höhere  Standzeiten erzielt werden.

 

 

Highly conductive pastes for printable electronic applications and devices

At the Karlsruhe Institute of Technology (KIT), a new platform concept for the formulation of highly conductive, printable pastes has been developed. Corresponding pastes are free of polymeric or other non-volatile stabilizers and rheology control agents. Nevertheless, rheological properties like low-shear viscosity and yield stress can be adjusted in a wide range. Thus sedimentation /aggregation is prohibited and long-term stability can be guaranteed even for suspensions of high density particles (e.g. Ag, Ni). Also full control of the application behavior in many different printing/coating operations is furnished.

 

 

Seilendverbindung für hochfeste Faserseile: leicht, langlebig und belastbar

Die neu entwickelte Seilendverbindung für hochfeste Faserseile, die langlebig und belastbar ist, bietet darüber hinaus die Möglichkeit, sensorgestütztes Monitoring einfach zu integrieren. Durch die neue Technik entsteht ein hülsenlos montiertes Teil aus einem gießfähigen, ausgehärtetem Werkstoff, das alleine durch Umgießen oder Anformen mit den Filamenten des Seiles formschlüssig verbunden ist und dessen Geometrie auf anwendungsspezifische Anforderungen angepasst werden kann.

 

 

Dünne Luftschicht zwischen Schiffsrumpf und Wasser verhindert Bewuchs und reduziert Reibung

Im Rahmen eines Projektes der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH wurde ein Oberflächenmaterial entwickelt, das in der Lage ist, eine dünne Gasschicht zu halten, während es in eine Flüssigkeit eingetaucht ist. Gerade im Schiffsbau könnte ein derartiges Material außerordentlich nutzbringend sein, da es als Beschichtung von Schiffsrümpfen nicht nur toxische Antifouling-Anstriche überflüssig macht, sondern zugleich auch die Reibung während der Fahrt reduziert.