Die meisten Menschen kennen Mikrowellen aus der Küche, um Speisen zu erwärmen. Doch diese Geräte können – in großem Maßstab – auch eine wichtige Rolle in Wirtschaft und Wissenschaft spielen. Mit ihrer Hilfe können beispielsweise Faserverbundwerkstoffe, wie sie etwa in modernen Skiern, aber auch in Flugzeug- oder Autobauteilen vorkommen, verbessert werden, wie am Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie (IMT) der Universität Jena bewiesen wird. „Hier ist jetzt die deutschlandweit – vielleicht sogar weltweit – leistungsstärkste Mikrowellenanlage zur Entwicklung neuer Verarbeitungstechnologien für Faserverbundmaterialien im RTM-Verfahren in Betrieb genommen worden“, sagt PD Dr. Jörg Bossert. Der Jenaer Materialexperte leitet ein vom Thüringer Wirtschaftsministerium gefördertes Forschungsprojekt, bei dem ein neues Fertigungsverfahren für Faserverbundbauteile erprobt wird. Dabei setzt man auf die RTM-Technologie, bei der Verbundwerkstoffe durch Injektion des Harzes in eine mit Kohle- oder Glasfasern gefüllte Form hergestellt werden.
Mikrowelle beschleunigt das Aushärten
Um große Stückzahlen dieser so genannten Composite in hoher Qualität produzieren zu können, soll zum einen der Werkstoff u. a. durch nanoskalige Füllstoffe verbessert werden. An diesem Part beteiligt ist auch Prof. Dr. Elisabeth Klemm vom Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie der Universität Jena. Zum anderen soll die Härtung des Harzes beschleunigt werden. „Bisher musste immer das gesamte Werkzeug erwärmt werden, da das Matrixharz bei höheren Temperaturen aushärtet“, sagt Bossert. Jetzt nutzen die Materialwissenschaftler dafür eine Mikrowellenanlage.
Die Anlage wurde im Rahmen des Projekts in Zusammenarbeit mit der Thüringer Firma Schmuhl Faserverbundtechnik GmbH & Co. KG, einem Hersteller von Bauteilen in Faserverbundtechnik aus dem thüringischen Liebschütz, und einer Firma aus Peine entwickelt. „Unsere Kooperation mit dem innovativen Thüringer Mittelständler Schmuhl ist ein Musterbeispiel der erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen Universität und der Industrie“, sagt Institutsdirektor Prof. Dr. Klaus D. Jandt. „Hier können unsere Forschungsideen schnell in Produkte umgesetzt werden.“
Anlage exakt auf die Erfordernisse einstellen
Die Mikrowellengeneratoren verfügen über eine Anschlussleistung von zusammen 30 kW, wobei jeder der Generatoren einzeln in seiner Leistung geregelt werden kann. „Dies ist besonders wichtig, um die Feldverteilung in der Versuchskammer beeinflussen zu können“, sagt Projektleiter Bossert. Er hat langjährige Erfahrung mit dem Verhalten von Keramiken im Mikrowellenfeld und kennt die besonderen Tücken dieser Technologie. „Wenn man die Anlage und die Temperaturführung nicht im Griff hat, kann es zu elektrischen Entladungen, dem Entstehen eines Plasmas und extrem hohen Temperaturen kommen. Dies kann schlimmstenfalls die Zerstörung von Material und Anlage bedeuten“, weiß der Experte von der Jenaer Universität. Deshalb stehen zunächst Untersuchungen zum Einfluss der Anlagenparameter auf die Feldverteilung in der Kammer im Vordergrund des Verbundprojektes.
Mit einer vorhandenen Laboranlage hat Dr. Uwe Weinzierl am IMT bereits getestet, welche Materialien für das RTM-Verfahren genutzt werden können. „Unser Ziel ist es, mit dieser Technologie das zu verarbeitende Verbundmaterial direkt zu erwärmen. Damit sind wir in der Lage, Verarbeitungszeiten erheblich zu verkürzen und Prozessenergie zu sparen“, erklärt der Kunststoff-Experte. „Diese Vorteile werden eine Grundlage dafür sein, dass die Kosten für die Herstellung von Compositbauteilen erheblich gesenkt und Faserverbundbauteile damit zukünftig für Produkte genutzt werden können, die jetzt noch der Blechbearbeitung vorbehalten sind“, erwartet Weinzierl.
Kontakt:
PD Dr. Jörg Bossert/Dr. Uwe Weinzierl
Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie der Universität Jena
07737 Jena
Tel.: 03641 / 947733 oder 947742
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