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Top-Forschungen beim Stuttgarter Kunststoffkolloquium

Die Particle-Tracking-Methode erlaubt die Beurteilung der Mischgüte eines neuartigen, biobasierten Polyurethans am Beispiel eines dynamischen Mischers. Foto: IKT

Das 27. Stuttgarter Kunststoffkolloquium beleuchtet mit 44 Vorträgen die aktuellen Highlights der Stuttgarter Kunststoffforschung als digitale Veranstaltung.

Martin Friedrich, Additive Manufacturing, Project Lead Research & Development Non Metal der BMW Group, beleuchtet beim Stuttgarter Kunststoffkolloquium die Möglichkeiten des “Additive Manufacturing in der Automobilindustrie”. Foto: BMW

Besondere Highlights des Stuttgarter Kunststoffkolloquiums 2021, bei dem die aktuellen Forschungsprojekte verschiedener Stuttgarter Institute in diesem Jahr aufgrund der Corona-Pandemie digital  an vier Nachmittagen vom 1. bis zum 4. März vorgestellt werden, sind wie in der Vergangenheit mehrere hochkarätige Plenarvorträge und eine prominent besetzte Podiumsdiskussion. So wird Martin Friedrich, Additive Manufacturing, Project Lead Research & Development Non Metal der BMW Group, in seinem Plenarvortrag die Möglichkeiten des  “Additive Manufacturing in der Automobilindustrie” beleuchten.

Im zweiten Plenarvortrag geht Prof. Dr. Dr. Ortwin Renn, wissenschaftlicher Direktor am Institut für Transformative Nachhaltigkeitsforschung (IASS) in Potsdam und Berater der Bundesregierung, auf „Die Resilienz-Lücke: Lehren aus der Covid-19 Pandemie“ ein. Prof. Renn dürften die Stammgäste des Kolloquiums noch von früheren Vorträgen kennen, bei denen er mit seiner besonderen Art begeistern konnte.

Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. Ortwin Renn ist ein deutscher Soziologe, Volkswirt und Nachhaltigkeitswissenschaftler und war zeitweise Berater der Bundeskanzlerin, und geht in seinem Plenarvortrag auf „Die Resilienz-Lücke: Lehren aus der Covid-19 Pandemie“ ein. Foto: Renn

Chancen der Krise nutzen

Die hochkarätig besetzte Podiumsdiskussion beschäftigt sich in diesem Jahr mit dem Thema „Chancen der Krise nutzen“. Teilnehmer sind Prof. Dr. Hanns-Peter Knaebel, Vorstandsvorsitzender der Röchling-Gruppe, Dr. Marco Wacker, Leiter des Geschäftsbereiches „Augenschutz“ bei Uvex, Prof. Dr. Ernst Schmachtenberg, ehem. Präsident der RWTH Aachen und Michael Weigelt, Geschäftsführer des GKV / TecPart.

Die jeweils nachmittags stattfindenden Sessions umfassen die gesamte Breite der Kunststofftechnik von der Werkstoffaufbereitung und -charakterisierung über die Verarbeitung bis hin zur Prozesssimulation und Bauteilprüfung. Die Teilnehmer erwarten Beiträge von verschiedenen Instituten der Universität Stuttgart: dem Institut für Kunststofftechnik (IKT), dem Institut für Flugzeugbau (IFB) und dem Institut für Konstruktion und Fertigung in der Feinwerktechnik (IKFF) sowie den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (DITF).

Nachhaltigkeit als übergeordnetes Thema des Kunststoffkolloquiums

Übergeordnetes Thema der Beiträge ist die Verbesserung der Nachhaltigkeit von Kunststoffprodukten durch effizientere Verfahren, verbesserte Werkstoffrezepturen und die Möglichkeiten der Prozesssimulation. Neue biobasierte Kunststoffe und die gezielte Modifizierung bekannter Biopolymere verbessern beispielsweise das Eigenschaftsspektrum dieser Kunststoffe und ermöglichen so den Ersatz von erdölbasierten Polymeren.

Eines von vielen Highlights der Stuttgarter Kunststoffforschung: Prüfung eines CFK-Luftfahrtbauteils mit einem Luftultraschallroboterwerkzeug in Re-Emissionsan­ordnung. Foto: IKT

Forschungsthemen auf dem Gebiet der Prozesssimulation sorgen für effizientere Verarbeitungsprozesse und kürzere Auslegungszeiten. Neueste Erkenntnisse aus der zerstörungsfreien Prüfung von faserverstärkten Kunststoffen erlauben eine effizientere Produktion von Faserkunststoffverbunden durch online-Prüfung sowie eine schnelle und aussagekräftige Bauteilcharakterisierung zur Fehlerdetektion während des Lebenszyklus.

Mikrokunststoffe in der Umwelt sind ein Problem, dessen Ausmaße und Auswirkungen noch unzureichend untersucht sind. Mit einem neuen Verfahren, dem Nano-AFM-IR, bei dem Rasterkraftelektronenmikroskopie mit Infrarot-Spektroskopie gekoppelt wird, ist eine chemische Bildgebung mit einer Auflösung von wenigen Nanometern möglich. In einem Beitrag zum Thema Mikrokunststoffe werden hiermit gezielt Nanokunststoffpartikel detektiert und chemisch identifiziert, um neue Erkenntnisse über die Verbreitung von Mikrokunststoffen zu erhalten.

Die Vermeidung von Mikrokunststoffen geht auch damit einher, umweltgerechte Alternativen zu konventionellen Kunststoffen zu entwickeln. Ins Bewusstsein treten dabei verstärkt die biologisch abbaubaren Kunststoffe, insbesondere für Anwendungen, die zwangsläufig in der Umwelt verbleiben.

Biobasierte Kunststoffe mit Potenzial

Für biobasierte Kunststoffe kommen viele verschiedene Polymere infrage. Eines dieser Polymere ist das biobasierte Polyethylenfuranoat (PEF). Ein dem PET ähnlicher Kunststoff, der aufgrund seiner besonderen physikalisch-chemischen Eigenschaften dem PET in einigen Anwendungen sogar überlegen ist. Besonders zu nennen sind bessere mechanische Eigenschaften bei der Faserherstellung oder eine höhere Gasdichtigkeit gegenüber Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasserdampf, was bei der Anwendung als Lebensmittelverpackungsmaterial von großem Vorteil ist.

Dieses additiv gefertigte Zwei-Komponenten-Bauteil wurde mit einer wasserlöslichen Salz-Stützstruktur hergestellt. Foto: IKT

Der Kunststoff wird an der Universität umfangreich erforscht. Die Teilnehmer des  27. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums dürfen sich auf interessante Beiträge zur Synthese, Modifizierung und Verarbeitung freuen. Auch weiteren Biokunststoffen werden Beiträge gewidmet. Beispielsweise wird der Biokunststoff PLA so aufbereitet, dass er erstmals für Schäumverfahren genutzt werden und so neue Einsatzzwecke erobern kann. In der additiven Fertigung werden biobasierte wasserlösliche Stützstrukturen entwickelt und PHBV wird für höhere Schlagzähigkeit modifiziert.

Verschiedenste Prozesssimulationen Gegenstand aktueller Forschungen

Auf dem Gebiet der Prozesssimulation erwarten die Referenten mit Beiträgen zur Extrusion, zum Spritzgießen, zum Thermoformen und zur Additiven Fertigung auf. An der Universität Stuttgart werden neue Modelle für eine genauere Abbildung der Prozesse entwickelt und eingesetzt, um die Vorhersage sowohl des Prozessablaufs als auch der resultierenden Bauteileigenschaften zu verbessern. Durch die Auslegung von Extrusionswerkzeugen für temperatursensible Werkstoffe mit engem Prozessfenster können beispielsweise eine bessere Verarbeitbarkeit und höhere Bauteilqualität erreicht werden.

Die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) ermöglicht die Beschreibung des Feststofftransports im Einzugsbereich von Extrudern. Die Strömung in der Aufschmelzzone kann mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) berechnet werden. Am IKT werden die Voraussetzungen für eine gemeinsame Betrachtung der beiden Verfahrenszonen geschaffen und ein neuartiger CFD-DEM-Modellierungsansatz erforscht, der die Feststoff- und Schmelzephase miteinander koppelt.

Neben der Extrusion werden auch Prozesssimulationen für weitere Kunststoffverarbeitungsprozesse vorgestellt. Vergleichsweise jung ist die Simulation des Aufschmelzverhaltens während der additiven Fertigung mittels Fused Filament Fabrication, während etablierte Verfahren wie das Spritzgießen noch immer Optimierungspotenzial bieten. So sind beispielsweise die in der Kunststofftechnik verwendeten Werkstoffmodelle zur Beschreibung der Druck- und Temperaturabhängigkeit des spezifischen Volumens (PVT-Verhalten) verbesserungsfähig: Am IKT wird an einem neuen Weg geforscht, der einen verminderten experimentellen Aufwand für die Werkstoffparameterermittlung verspricht. Mit dem neuen Ansatz kann das PVT-Verhalten bei prozessnahen Bedingungen, ohne großen Versuchsaufwand beschrieben werden.

Der Gastgeber des 27. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums, das Institut für Kunststofftechnik (IKT), hat im Internet weitere Informationen und eine Möglichkeit zur Anmeldung zur Verfügung gestellt. Dank des Engagements von Coperion als Goldsponsor ist die Teilnahme an der Veranstaltung kostenlos.

gk

Ensinger Preis

Das Stuttgarter Kunststoffkolloquium, das in diesem Jahr digital stattfindet, bietet 2021 zum zweiten Mal das Forum für die Verleihung der Wilfried-Ensinger-Preise. Die Stiftung würdigt ausgezeichnete Masterarbeiten sowie Dissertationen auf dem Gebiet der Kunststofftechnik mit dem Ziel, diese Studienrichtung bekannter zu machen und junge Menschen für eine entsprechende Laufbahn zu motivieren. Die Preise werden von Klaus Ensinger übergeben.