Grundlagen des mechanischen Composite Recyclings

• Antragsteller: Dr. Valentin Dalbauer
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Kunststofftechnik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572437015

Verbundwerkstoffe sind in vielen Bereichen eingesetzte Hochleistungsmaterialien. Abhängig vom verwendeten Matrixmaterial existieren verschiedene Strategien für den Umgang mit Kompositabfällen wie bspw. Deponierung, Verbrennung oder werkstoffliches Recycling. Letzteres ist hinsichtlich einer zukunftsfähigen und nachhaltigen Verwertung von höchstem Interesse und hat aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht ein großes Potenzial. In diesem Antrag wird ausschließlich diese Art des Kompositrecyclings betrachtet, wobei der Schwerpunkt auf den fundamentalen Wechselwirkungen und den Interface-Eigenschaften des heterogenen Systems liegt. Ziel ist die grundlegende Charakterisierung und Modellierung der Grenzflächeneigenschaften von recycelten duroplastische Verbundwerkstoffen. Dazu werden neuwertige, aber auch künstlich gealterte und kombinierte Verbundwerkstoffe untersucht, um die Wechselwirkungen auf Größenskalen unterhalb der makroskopischen Ebene zu bestimmen und zu quantifizieren. Zusätzlich werden modernste Modellierungsmethoden eingesetzt, um experimentell gewonnene Erkenntnisse auf generalisierte, digitale Modelle zu übertragen. Die grundlegenden Material- und Grenzflächeneigenschaften von neuen und künstlich gealterten Materialien, sowohl von Komposites und Reinharzproben, werden durch einen umfassenden Versuchsplan ermittelt. Standardisierte mechanische Eigenschaften wie Zug- und Biegeeigenschaften und fortgeschrittene bruchmechanische Eigenschaften wie bspw. die Energiefreisetzungsrate sind Teil dieser Charakterisierung. Der künstliche Alterungsprozess umfasst den Einfluss von Strahlung, Feuchtigkeit und Temperatur, um reale Umweltbedingungen nachzuahmen. Gestützt auf experimentelle Datensätze werden Zugtrennungs- und mikromechanische Modellierungsansätze für heterogene Systeme verwendet, um präzise Modelle zur Vorhersage der Grenzflächeneigenschaften von gealterten Verbundwerkstoffen zu formulieren und abzuleiten. Darüber hinaus werden neuartige molekulardynamische Simulationen zur Vorhersage der Grenzflächeneigenschaften eingesetzt. Neuere Studien auf dem Gebiet des mechanischen Kompositrecyclings fokussieren sich auf das makroskopische Verhalten der aus recycelten Bestandteilen hergestellten Materialien oder Strukturen. Dabei werden jedoch häufig die grundlegenden Wechselwirkungen auf molekularer und mikroskopischer Ebene vernachlässigt. Für eine ganzheitliche Bewertung des Potenzials und der Bedeutung des Recyclings von Verbundwerkstoffen ist ein grundlegendes Verständnis der Grenzflächeninteraktionen zwischen den verschiedenen Bestandteilen entscheidend. Dieses Projekt ist das erste, das sich mit der Charakterisierung von Grenzflächeninteraktionen in mechanisch recycelten, duroplastischen Verbundwerkstoffen unter kontrollierten Alterungs- und Testbedingungen befasst. Dazu werden erstmals numerische Modelle abgeleitet und in Finite-Elemente-Solver implementiert, indem neuartige molekulardynamische Simulationen durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Dr. Umut Cakmak