Die Eigenschaften so genannter kurzfaserverstärkter Kunststoffe lassen sich vor dem Spritzguss simulieren und passgenau je nach Einsatz optimieren. Ein entsprechendes Verfahren hat der Werkstofftechniker Marc Schöneich im Rahmen seiner deutsch-französischen Doppel-Promotion an den Universitäten des Saarlandes und Metz entwickelt. Dafür erhielt er vor Kurzem den Wilfried-Ensinger-Preis des Wissenschaftlichen Arbeitskreises der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik.
Aus kurzfaserverstärkten Thermoplasten lassen sich besonders leichte, hochbelastbare und von ihrer Form her komplexe Bauteile herstellen, die sogar Metalle ersetzen können. Bislang war jedoch noch wenig darüber bekannt, welche Mechanismen in diesen Verbundwerkstoffen genau ablaufen und wie das die Eigenschaften des Werkstoffs beeinflusst.
Mit Schönaichs Methode können Hersteller die späteren Eigenschaften der Werkstoffe simulieren und nach Bedarf maßschneidern. Sein Modell macht transparent, wie der Kunststoff sich ändert, wenn man an bestimmten Parametern „dreht“. „Der Herstellungsprozess kann günstiger und das Produkt besser werden, wenn man genau weiß und steuern kann, was im Werkstoff passiert und welche Mechanismen ablaufen“, erklärt der Wissenschaftler.
Die Eigenschaften eines Werkstoffes – also ob er leicht ist oder schwer, steif oder biegsam – werden durch seine Mikrostruktur beeinflusst: Kleinste Änderungen in Größenordnungen, die nur über hochauflösende Mikroskope sichtbar sind, haben Auswirkungen im großen Ganzen. „Das Modell ist auf beliebige Werkstoffkombinationen übertragbar. Die Industrie kann es nutzen, um technische Bauteile aus Verbundwerkstoffen leichter oder leistungsfähiger zu machen“, sagt Schönaich. Inzwischen forscht er am Leibniz-Institut für Neue Materialien INM auf dem Saarbrücker Campus.
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