Hochdurchsatz-Anlage für duromere Polymersysteme

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544666834

Der Einsatz von Duromeren Polymersystemen erstreckt sich über verschiedene Anwendungsbereiche wie Lacke, Klebstoffe, additive Fertigung und Faserverbundbauteile. Branchen wie die Energietechnik, Elektronik, Mobilität und Medizin nutzen sie in Produkten wie Windenergierotorblättern, E-Motor-Tränkharzen, Leiterplattensubstraten, Flugzeugrümpfen, Dentalimplantaten und Schuheinlagen. Die rasche technologische Entwicklung, neue Vorschriften und Nachhaltigkeitsziele erfordern von der Materialforschung schnelle Reaktionen mit neuen oder angepassten Werkstoffen. Die Entwicklung solcher Formulierungen, die eine Vielzahl von Komponenten und Additiven wie Harze, Härter, Flammschutzmittel und Füllstoffe umfassen, gestaltet sich oft langwierig und komplex. So ergeben sich zum Beispiel bei der Entwicklung einer neuen Formulierung mit je zehn Harzen, Härtern, Füllstoffen und Additiven bereits 10E4 Kombinationen, wobei Variationen der Stöchiometrie, Mengenverhältnisse und Reaktionsbedingungen noch gar nicht berücksichtigt sind. Mit herkömmlichen Laborversuchen oder systematischer Versuchsplanung können die enormen Möglichkeiten nicht abgedeckt werden. Hochdurchsatzanlagen bieten automatisierte, parallelisierbare Möglichkeiten zur Dosierung, Mischung, Aushärtung und Analyse dieser Formulierungen. Dadurch werden Zeit-, Personal- und Materialeinsparungen ermöglicht. Charakterisierungen sind schon mit kleinen Materialmengen reproduzierbar, was ein tieferes Verständnis in kurzer Zeit erlaubt. Aktuell werden Hochdurchsatzanlagen jedoch oft nur für Gasphasenreaktionen oder Flüssig- Flüssig-Mischungen in der Chemie, Pharmazie oder der Lackindustrie eingesetzt. Die Dosierung und Mischung von hochviskosen und rheologisch komplexen Komponenten sowie von gefüllten Systemen mit einem hohen Anteil an Füllstoffen und Additiven gestaltet sich derzeit als äußerst schwierig – und findet daher kaum Eingang in die Hochdurchsatzforschung. Das beantragte Großgerät soll diese Lücke füllen, indem es hochviskose Komponenten dosiert und mischt, dann die Formulierungen aushärtet. Dies eröffnet neue Möglichkeiten zur Optimierung verschiedener duromerer Formulierungen. Das Gerät ermöglicht die Herstellung von bis zu 100 Formulierungen pro Tag und eine automatische Charakterisierung wichtiger Eigenschaften wie mechanische und thermische Kennwerte sowie Brandschutzeigenschaften. Die erzeugten Daten sind zentral zugänglich und können für maschinelles Lernen genutzt werden, um komplexe Zusammenhänge zu identifizieren und die Entwicklung komplexer Multikomponentenformulierungen zu unterstützen. Diese Hochdurchsatzanlage bietet einen nachhaltigen, ressourcenschonenden Ansatz für die Materialforschung, erschließt neue Forschungsfelder und adressiert die steigende Nachfrage nach verkürzten Entwicklungszyklen und längeren Produktlebensdauern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochdurchsatz-Anlage für duromere Polymersysteme
• Gerätegruppe: 1060 Dilutoren, Pipettiergeräte, Probennehmer
• Antragstellende Institution: Universität Bayreuth
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Holger Ruckdäschel