Vollst?ndige Bestimmung der Materialeigenschaften von Polymeren
360直播吧 begegnen uns an vielen Orten, ohne dass wir sie wahrnehmen: Polymere, chemische Verbindungen aus Kettenmolekülen oder verzweigten Molekülen. Industriell hergestellte Polymere sind der Hauptbestandteil von Faserverbundwerkstoffen und Metall-Kunststoff-Verbundbauteilen. Somit sind sie elementar für den Hybrid-Leichtbau. Daneben werden polymere Werkstoffe zunehmend in ultraschallbasierten Messsystemen eingesetzt. Diese Systeme werden etwa in der Autoindustrie als Einparkhilfe genutzt. Doch obwohl Polymere für technische Anwendungen wichtig sind, lassen sich ihre mechanischen und akustischen Materialeigenschaften mit bisherigen Messverfahren nicht hinreichend genau bestimmen. Ein neues, auf drei Jahre angelegtes Forschungsprojekt von Universit?t Paderborn und Universit?t Duisburg-Essen will das ?ndern. Das Projekt ?Vollst?ndige Bestimmung der akustischen Materialparameter von Polymeren (VaMP)“ wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit rund 400.000 Euro gef?rdert.
?Die heute eingesetzten polymeren Werkstoffe sind sehr vielf?ltig und haben unterschiedliche mechanische und akustische Materialeigenschaften“, erkl?rt Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Bernd Henning vom Fachgebiet Elektrische Messtechnik der Universit?t Paderborn. So lassen sich weiche, schallabsorbierende polymere Werkstoffe, aber auch feste, schallleitende und zugleich leichte Werkstoffe herstellen. Daneben h?ngen die Materialeigenschaften der Polymere von ?u?eren Bedingungen wie Temperatur und Feuchte sowie von der konkreten Belastung eines Bauteils ab und k?nnen sich im Laufe der Zeit deutlich ver?ndern. ?Um künftig geeignete Materialmodelle für technische Anwendungen entwickeln und eigenschaftsver?ndernde Prozesse im Polymerwerkstoff besser verstehen zu k?nnen, müssen wir daher alle relevanten mechanischen und akustischen Materialeigenschaften von Polymeren vollst?ndig experimentell bestimmen“, betont Dmitrij Dreiling, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt.
Bisherige Messverfahren k?nnen das nicht leisten. Dazu Henning: ?Aktuelle Messverfahren zur Bestimmung der mechanischen Materialeigenschaften von Polymeren basieren auf statischen Annahmen und sind zerst?rende Prüfverfahren, bei denen die polymere Werkstoffprobe irreparabel ver?ndert wird. Um eine repr?sentative Aussage zu erhalten, müssen viele Werkstoffproben zerst?rend analysiert werden. Hinzu kommt: Die unter statischen Annahmen bestimmten Materialeigenschaften der Polymere gelten nicht mehr im hochfrequenten Ultraschallbereich.“
Im Forschungsprojekt wollen die Wissenschaftler in Paderborn und an der Universit?t Duisburg-Essen daher neuartige Ultraschall-Messverfahren entwickeln. Mit deren Hilfe soll es künftig m?glich sein, die mechanischen und akustischen Materialeigenschaften von Polymeren zerst?rungsfrei und über einen sehr weiten Frequenzbereich genau zu bestimmen. ?Die Paderborner Gruppe übernimmt die Entwicklung des Messverfahrens und realisiert die Ultraschall-Messeinrichtung. Parallel entwickeln die Kollegen an der Universit?t Duisburg-Essen eine neue Simulationssoftware. Die Materialparameterbestimmung gelingt durch einen perfekten Abgleich der Mess- und Simulationsergebnisse“, beschreibt Henning das Vorgehen.
Dreiling erg?nzt: ?Wir m?chten die genauen Zusammenh?nge zwischen den statischen mechanischen und den hochfrequenten akustischen Materialeigenschaften von Polymeren charakterisieren. Nur so k?nnen wir die bisherigen zerst?renden Prüfverfahren ersetzen.“ Erste Projektergebnisse werden Anfang 2020 erwartet.
Text: Simon Ratmann, Stabsstelle Presse und Kommunikation
