Da Kunststoffe im Allgemeinen einen spezifischen Oberflächenwiderstand von >10E12 Ω besitzen, müssen die Materialien zur Vermeidung von elektrostatischen Aufladungen bei Bauelementen der Elektroindustrie antistatisch ausgerüstet werden. Durch elektrostatische Aufladungen können die Bauelemente eine Beeinträchtigung ihrer Funktion erfahren und Personen gefährden. Weiterhin ermöglicht die Absenkung des spezifischen Oberflächenwiderstandes eine elektrostatische (Pulver-)Lackierung. Für die Herstellung von Kunststoffen mit kleinem spezifischen Durchgangswiderstand ist der Zusatz von leitenden Substanzen, wie z. B: Leitfähigkeitsruß, Graphit, Eisenoxid-, Kupfer- oder Aluminiumteilchen, metallisierte Glasfasern oder –kugeln, Edelstahlfasern oder Kohlenstofffasern, üblich. Die Substanzen werden dabei physikalisch in die Polymermatrix eingemischt. Je höher der Volumenanteil der Additive für die benötigte Ableitfähigkeit bezogen auf die Gesamtrezeptur ist, desto größer ist jedoch auch der Einfluss dieser Additive auf die mechanischen Eigenschaften in Relation zum unadditivierten Ausgangsmaterial. Unterschiedliche Polaritäten und Oberflächenspannungen von Additiv und Matrix bedingen zudem Probleme bei der Homogenisierung der Additive in der Matrix. Eine homogene Verteilung über das Volumen ist jedoch Voraussetzung dafür mit möglichst wenig Additiv die Perkolationsschwelle zu erreichen. Aus dieser Sicht hat sich eine reaktive Ankopplung von leitfähigen Gruppen an Matrix- oder sonstige geeignete Rezepturbestandteile in der Vergangenheit, z.B. für MDF, als erfolgreicher Weg erwiesen. Ziel war es, dieses Konzept auf duroplastische Kunststoffe zu übertragen und dessen spezifischen Oberflächenwiderstand von >10E12 Ω abzusenken. Im Rahmen dieser Arbeit sollten die Materialien SMC (Sheet molding compound) und Epoxidharzlaminate eine antistatische Ausrüstung erhalten.

Das Forschungsvorhaben liefert einen Beitrag zum Schweißen von Gleich- und Mischmaterialverbindungen aus Naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) sowie deren Verarbeitung im Compoundieren und Spritzguss. Es wurde holzfasergefülltes (WPC) und flachsfasergefülltes (FFC) Polypropylen (PP) mit unterschiedlichen Füllgraden verwendet. Der Einsatz synthetisch-organsicher Fasern (PET-Fasern) im Compound zielte darauf ab, besonders die Schlagzähigkeit zu verbessern. Im Bereich des Urformens wurden Aussagen zur Verarbeitbarkeit, zu rezepturabhängigen Kurz- und Langzeiteigenschaften sowie Aussagen zur Dauergebrauchsfähigkeit erarbeitet. Die Anwendbarkeit der Fügeverfahren Heizelement- (HE-Schweißen) und Vibrationsschweißen (VIB-Schweißen) konnte für Gleich- und Mischmaterialverbindungen sowohl ohne als auch mit angepasster Energieeinbringung nachgewiesen werden. In diesem Zusammenhang können Aussagen zur Rezepturabhängigkeit, Verfahrensführung, Parameterauswahl, Prüfkriterien sowie den technischen Grenzen der Schweißverbindung unter kurzzeitmechanischer Beanspruchung getroffen werden. Weiterhin wird ein Beitrag zur Dauergebrauchsfähigkeit unter UV-Globalbewitterung und thermischer Alterung sowie zu langzeitmechanischen Eigenschaften von NFK-Schweißverbindungen geliefert.

Das Forschungsvorhaben liefert einen Beitrag zum Schweißen von Gleich- und Mischmaterialverbindungen aus Naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) sowie deren Verarbeitung im Compoundieren und Spritzguss. Es wurde holzfasergefülltes (WPC) und flachsfasergefülltes (FFC) Polypropylen (PP) mit unterschiedlichen Füllgraden verwendet. Der Einsatz synthetisch-organsicher Fasern (PET-Fasern) im Compound zielte darauf ab, besonders die Schlagzähigkeit zu verbessern. Im Bereich des Urformens wurden Aussagen zur Verarbeitbarkeit, zu rezepturabhängigen Kurz- und Langzeiteigenschaften sowie Aussagen zur Dauergebrauchsfähigkeit erarbeitet. Die Anwendbarkeit der Fügeverfahren Heizelement- (HE-Schweißen) und Vibrationsschweißen (VIB-Schweißen) konnte für Gleich- und Mischmaterialverbindungen sowohl ohne als auch mit angepasster Energieeinbringung nachgewiesen werden. In diesem Zusammenhang können Aussagen zur Rezepturabhängigkeit, Verfahrensführung, Parameterauswahl, Prüfkriterien sowie den technischen Grenzen der Schweißverbindung unter kurzzeitmechanischer Beanspruchung getroffen werden. Weiterhin wird ein Beitrag zur Dauergebrauchsfähigkeit unter UV-Globalbewitterung und thermischer Alterung sowie zu langzeitmechanischen Eigenschaften von NFK-Schweißverbindungen geliefert.

There was developed a novel technological and constructive approach for the low-cost production of curved freeform formworks, which allow the production of single and double-curved fibre reinforced concrete. The scheduled approach was based on a flexible, asymmetrical multi-layered formwork system, which consists of glass-fibre reinforced plastic (GFRP). By using of the unusual anisotropic structural behavior, these GFRP formwork elements permitted a specific adjustment of defined curvature. The system design of the developed GFRP formwork was examined exhaustively. There were designed, numerically computed and produced prototypical curved freeform surfaces with different curvature radii. The fibre reinforced concrete had a compressive strength of 101.4 MPa and a 3-point bending tensile strength of 17.41 MPa. Beyond that, it was ensured that the TRC had a high durability, which has been shown by the capillary suction of de-icing solution and freeze thaw test with a total amount of scaled material of 874 g/m² and a relative dynamic E-Modulus of 100% after 28 freeze-thaw cycles.

Multi-material-design (MMD) is commonly realized through the combination of thin sheet metal and fibre reinforced plastics (FRP). To maximize the high lightweight potential of the material groups within a multi-material system as good as possible, a material-adapted and particularly fibre adjusted joining technology must be applied. The present paper focuses on two novel joining technologies, the Flow Drill Joining (FDJ) method and Spin-Blind-Riveting (SBR), which were developed for joining heavy-duty metal/composite hybrids. Tests were carried out with material combinations which are significant for lightweight constructions such as aluminium (AA5083) and carbon fibre-reinforced polyamide in sheet thickness of 1.8 mm. The mechanical testing and manufacturing of those multi-material joints was investigated.

Die Laserablation gekoppelt mit der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma ist eine vielversprechende direkte Feststofftechnik, die sich jedoch bei der Analyse von Kunststoffen wegen des Mangels an matrixangepassten zertifizierten Referenzmaterialien nicht durchsetzen konnte. Vorherige Arbeiten belegen polymerabhängige Abtragsraten. Das oft als interner Standard verwendete Intensitätssignal des Kohlenstoffisotopes 13C zur Korrektur dieser Unterschiede wird in der Literatur kritisch diskutiert. In dieser Arbeit als ein Teil des BMBF-geförderten MaxLaP-Projektes wurden matrixangepasste Standards auf Polyethylen- und Acrylnitril-Butadien-Styrolbasis entwickelt. In diese Standards wurden Br, Cd, Cu, Cr, Fe, Sb in organischer und anorganischer Form ihrer Verbindungen mittels Extrusion eingearbeitet. Die quantitative Zusammensetzung der Materialien wurde mittels ETV-ICP-OES, DC-arc-OES, RFA und ICP-MS nach Mikrowellendruckaufschluss überprüft. Die Verfahren wurden für die Kunststoffanalyse optimiert. Die mikroskopische Homogenität der Einarbeitung wurde mittels µ-SYRFA und LA-ICP-MS untersucht. Zur Untersuchung der Matrixeffekte während der LA-ICP-MS und der matrixunabhängigen Kalibrierung für Kunststoffe wurden der Einfluss der chemischen Verbindung der Additive, die Größe, der bei der Laserablation gebildeten Partikel und die Art des Kunststoffes auf die Laserablation analysiert. Die Korrektur des verschiedenen Materialabtrages über die Verwendung des 13C-Signals konnte für 21 verschiedene Kunststoffe erfolgreich durchgeführt werden. Allerdings zeigen die zugesetzten Additive ein nicht identisches Verhalten hinsichtlich Transport und Ionisierung. Weitere Ergebnisse belegen eine Anreicherung der Additive in verschiedenen Partikelgrößen sowie eine deutlich unterschiedliche Partikelbildung bei Ablationen von verschiedenen polymeren Matrices, was zu einer verstärkten Elementfraktionierung bei einer nicht matrixangepassten Kalibrierung führt. / Laser ablation coupled to a mass spectrometer with inductively coupled plasma (LA-ICP-MS) is a promising direct solid sampling technique. Due to the lack of matrix matched standard materials laser ablation is not well established in polymer analysis. In a recent study a polymer dependent interaction with the laser beam was reported, which resulted in a polymer depending ablation rate. The usage of the carbon-13-signal intensity as internal standard to correct these differences as commonly applied has been critically discussed in literature. In this work as part of a BMBF-supported MaxLaP-project (matrix effects during laser ablation of polymers) matrix matched standards based on polyethylene and acrylonitrile butadiene styrene were developed. In these materials Br, Cd, Cu, Cr, Fe and Sb were incorporated as organic and inorganic compounds through extrusion. Quantitative composition of the materials was determined by ETV-ICP-OES, DC-arc-OES, XRF and ICP-MS after high pressure microwave digestion. Analytical methods were optimized for trace analysis in plastic matrices. Microscopic homogeneity was examined by µ-SyXRF as well as LA-ICP-MS. In order to investigate the matrix effects and to determine the possibility of a matrix independent calibration for plastic materials, the influence of the chemical form of the additives, size of the formed particles and the type of the plastic on the LA-ICP-MS measurements were analyzed. The correction of the material uptake by the carbon-13-signal was successfully applied for 21 different types of plastic. However, different incorporated additives show a different transport and ionization behavior. Furthermore, our results confirm a different enrichment of the additives depending on particle size and a significantly different particle formation for different types of plastic, which leads to a more pronounced elemental fractionation by not using a matrix matched calibration.

The integration of shape memory alloys (SMAs) into textile-reinforced composites produces a class of smart materials whose shape can be actively influenced. In this paper, Ni-Ti SMA wires are inserted during the weaving of a glass fiber reinforcement textile. This ‘‘active’’ reinforcement is then combined with an elastomeric matrix to produce a highly flexible composite sheet, which maintains high rigidity in the longitudinal direction. By activating the SMAs, high deflection ratios of up to 35% (relative to the component’s length) are achieved. To adjust the composite’s deflection to defined values, a closed-loop control is set up to adjust the current flow through the SMA wires. A control algorithm is designed and evaluated for several test cases. The high deformability and the controllable behavior show the high potential of these materials for applications such as aerodynamic flow control, automation and architecture.

Fiber-reinforced plastics for industrial applications face constantly increasing demands regarding efficiency, reliability, and economy. Furthermore, it was shown that fiber-reinforced plastics with tailored reinforcements are superior to metallic or monolithic materials. However, a trustworthy description of the load-specific failure behavior and damage evolution of composite structures can hardly be given, because these processes are very complex and are still not entirely understood. Among other things, several research groups have shown that material damages like fiber fracture, delamination, matrix cracking, or flaws can be discovered by analyzing the electrical properties of conductive composites, for example, carbon fiber–reinforced plastics. Furthermore, it was shown that this method could be used for structural health monitoring or nondestructive evaluation. Within this study, magnetic induction tomography, which is a new imaging approach, is introduced in the topic of nondestructive evaluation of carbon fiber–reinforced plastics. This non-contacting imaging method gains the inner spatial distribution of conductivity of a specimen and depicts material inhomogeneity, like damages, not only in two-dimensional images but also in three-dimensional images. Numerical and experimental investigations are presented, which give a first impression of the performance of this technique. It is demonstrated that magnetic induction tomography is a promising approach for nondestructive evaluation. Potentially, it can be used for fabrication quality control of conductive fiber–reinforced plastics and as a structural health monitoring system using an integrated or superficially applied magnetic induction tomography setup.

Multi-material-design (MMD) is commonly realized through the combination of thin sheet metal and fibre reinforced plastics (FRP). To maximize the high lightweight potential of the material groups within a multi-material system as good as possible, a material-adapted and particularly fibre adjusted joining technology must be applied. The present paper focuses on two novel joining technologies, the Flow Drill Joining (FDJ) method and Spin-Blind-Riveting (SBR), which were developed for joining heavy-duty metal/composite hybrids. Tests were carried out with material combinations which are significant for lightweight constructions such as aluminium (AA5083) and carbon fibre-reinforced polyamide in sheet thickness of 1.8 mm. The mechanical testing and manufacturing of those multi-material joints was investigated.

There was developed a novel technological and constructive approach for the low-cost production of curved freeform formworks, which allow the production of single and double-curved fibre reinforced concrete. The scheduled approach was based on a flexible, asymmetrical multi-layered formwork system, which consists of glass-fibre reinforced plastic (GFRP). By using of the unusual anisotropic structural behavior, these GFRP formwork elements permitted a specific adjustment of defined curvature. The system design of the developed GFRP formwork was examined exhaustively. There were designed, numerically computed and produced prototypical curved freeform surfaces with different curvature radii. The fibre reinforced concrete had a compressive strength of 101.4 MPa and a 3-point bending tensile strength of 17.41 MPa. Beyond that, it was ensured that the TRC had a high durability, which has been shown by the capillary suction of de-icing solution and freeze thaw test with a total amount of scaled material of 874 g/m² and a relative dynamic E-Modulus of 100% after 28 freeze-thaw cycles.