Materialentwicklung und Strukturcharakterisierung

Nachwachsende Rohstoffe – Basis für neue Materialien

 

Biobasierte Alternativen zu herkömmlichen Polymersystemen gewinnen in vielen Anwendungsfeldern immer mehr Bedeutung. Die Endlichkeit fossiler Ressourcen, die Abhängigkeit vom Rohstoff Erdöl und die materialbedingte Netto-Emission von Kohlenstoffdioxid bei der Verbrennung sind Anlass, nach neuen Wegen zur Herstellung und Verarbeitung von Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen zu suchen.

Wir Forscherinnen und Forscher in der Abteilung »Materialentwicklung und Strukturcharakterisierung« arbeiten an marktfähigen technischen Lösungen auf der Basis nachwachsender Rohstoffe. Dabei immer im Blick: Die Materialeigenschaften und der Preis. Wir entwickeln neue Materialien, die erdölbasierte Werkstoffe ersetzen. Auch für Ihre Produkte. Welche Anwendung wollen Sie verwirklichen?

Entdecken Sie unsere vielfältigen Möglichkeiten

 

Materialentwicklung

 

anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung an thermoplastischen Materialien, bio- und petro-basierten Polymeren, Verstärkung durch Cellulose und Lignin

 

Strukturcharakterisierung

umfassende chemische und physikalische Strukturaufklärung

 

Carbonisierung

 

vom Präkursor zur Carbonfaser, F&E an biobasierten, neuartigen und klassischen Präkursor-Systemen bei bis zu 3.000 °C 

Unsere Leistungen

 

Auftragsforschung | Forschungskooperation | Entwicklungsdienstleistung | Qualitätskontrolle | Routinemessungen | Methodenentwicklung | Beratung

Wir sind für Sie da!

Materialentwicklung

Unser Team entwickelt Thermoplaste für Ihre Anwendungen. Wir optimieren polymere Werkstoffe für Ihre spezifischen Anforderungen. Materialeigenschaften stellen wir nach Ihren Wünschen ein. Dafür modifizieren, additivieren und verstärken wir sowohl erdöl- als auch biobasierte Polymere. Unser Ziel ist es, die physikalischen, mechanischen, thermomechanischen Eigenschaften der Materialien einschließlich der Verarbeitbarkeit zu verbessern.

Sie möchten Ihre
Produkte aus
nachhaltigen Materialien
fertigen oder neue
Materialien entwickeln?

Ausstattung

Compound-Herstellung

  • flexibel konfigurierbare Doppelschneckenextruder bis 15 kg/h
  • konische Doppelschneckenextruder für Kleinstmengen ab 5 cm³
  • Messkneter

Folien

  • Chill-Roll Anlagen
  • Werkzeuge für Gieß- und Flachfolien
  • Labor-Blasfolien-Anlage
  • monoaxiale Labor-Reckanlage für Folien und Fasern
  • Thermoform-Geräte

Spritzguss-Formteile

  • Kolben-Spritzgießgerät für Kleinstmengen
  • Spritzgießautomaten

Biobasierte Polymere und natürliche Rohstoffe

  • Cellulose- und Stärkederivate
  • Polymilchsäure (PLA)
  • Polyhydroxyalkanoate
  • biobasierte Polyester wie PBS, PBAT
  • Polyamide

Petrobasierte Polymere

 

thermoplastische Verarbeitung

  • Verstärkung durch Lignin, Cellulose- und Naturfasern
  • Einstellung der biologischen Abbaubarkeit, bspw. durch den Einsatz von Stärke

 

Wir entwickeln
Biopolymere für
Ihre Anwendungen

Unsere Leistungen für Ihren Erfolg

 

  • gezielte Einstellung von
    Materialeigenschaften
  • Substitution erdölbasierter Komponenten durch nachhaltige biobasierte
    Materialien
  • Erhöhung des biobasierten Anteils im Endprodukt
  • Herstellung von Nanokompositen
  • Haftvermittlung, Additivierung
  • Aufklärung der Zusammenhänge
    zwischen Herstellungsbedingungen, Strukturen und Materialeigenschaften

Strukturcharakterisierung

Sie möchten Ihr Material verstehen, charakterisieren oder die Qualität überprüfen? Wir analysieren für Sie die Zusammenhänge zwischen der chemischen und physikalischen Struktur Ihres Materials und dessen Eigenschaften. Dabei profitieren Sie von den langjährigen Erfahrungen unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf den Gebieten der Licht- und Elektronenmikroskopie, der Röntgenbeugung und der NMR-Spektroskopie. Zudem bieten wir eine hochmoderne Ausstattung an Messgeräten zur Strukturcharakterisierung. Wir kombinieren effektiv verschiedene Methoden, um unterschiedliche Strukturniveaus zu erfassen. In unserem klimatisierten Prüflabor nutzen wir eine breite Palette mechanischer Untersuchungsmethoden für die Charakterisierung von Materialeigenschaften. Schmelz- und Kristallisationsvorgänge untersuchen wir mit thermischen Analysemethoden.

Sie möchten Ihr
Material verstehen,
charakterisieren oder
die Qualität überprüfen?

Elektronenmikroskopie

REM und TEM

  • Artefakt-freie Abbildung
  • spezielle Präparationstechniken
  • morphologische Struktur
  • Untersuchung hochgequollener Produkte
  • Aufnahme von Oberflächen und Querschnitten

Röntgenbeugung

WAXS und SAXS

  • Charakterisierung der übermolekularen Struktur
  • Bestimmung des Kristallinitätsgrades und von Kristallit-Dimensionen
  • Orientierungsgrad-Bestimmung
  • Charakterisierung der Hohlraumstruktur

Ausstattung

  • klimatisiertes, mechanisches Prüflabor zur umfassenden mechanischen Prüfung mit einem Lastbereich von 10 mg bis 2 t
  • Dynamisches-Differenz-Kalorimeter
    (DSC)
  • Dynamisch-Mechanische Analyse
    (DMA)
  • Bestimmung der Materialfeuchte
  • Dichtebestimmung von Festkörpern und Flüssigkeiten
  • Vibroskop zur Bestimmung der Faser-Feinheit
  • Permeations-Messstände für Wasserdampf und Sauerstoff
  • Messstände zur Brandprüfung
  • Lichtmikroskop
  • Polarisationsmikroskop

Raman-Spektroskopie

mit Mikroskop-System

  • Untersuchung von Kohlenstoff-Allotropen
  • Analyse von Einschlüssen
  • 3d-Mapping-Aufnahmen
  • Anregung bei 266, 532, 633 und 785 nm

NMR-Spektroskopie

Festkörper-NMR

  • CP/MAS-Methode zur Untersuchung von festen nativen und synthetischen Polymeren
  • chemische Zusammensetzung
  • übermolekulare Struktur

Flüssigkeits-NMR

  • Messung verschiedener Kerne bei unterschiedlichen Temperaturen
  • Charakterisierung der chemischen Struktur von Monomeren, Zwischenprodukten und Polymeren

Raman-Spektroskopie

mit Mikroskop-System

  • Untersuchung von Kohlenstoff-Allotropen
  • Analyse von Einschlüssen
  • 3d-Mapping-Aufnahmen
  • Anregung bei 266, 532, 633 und 785 nm

Carbonisierung

Wir am Fraunhofer IAP treiben seit vielen Jahren die Entwicklung und Herstellung von Carbonfasern voran. Ihr Vorteil: Sie erhalten alle Kompetenzen aus einer Hand – vom Rohstoff-Aufschluss über die Polymersynthese, das Faserspinnen bis hin zur thermomechanischen Umwandlung von Carbonfasern und der Weiterverarbeitung zu carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Wir beraten, entwickeln und optimieren in Ihrem Auftrag. Dabei stehen klassische, neuartige und insbesondere biobasierte Ausgangsmaterialsysteme im Fokus. Wir entwickeln Fasern mit maßgeschneiderten Geometrien und Eigenschaften. Zudem erarbeiten wir Lösungen, um Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse ökonomischer und ökologischer zu gestalten.

Sie möchten Ihren Präkursor oder Ihre Carbonfaser testen oder fit für die Zukunft machen? Wir bieten folgende Leistungen.

Konvertierung von Präkursoren

  • auf Basis von Cellulose, Lignin oder deren Derivaten
  • Hybridmaterialsysteme
  • PAN-Copolymer-Systeme, textiles PAN
  • schmelzspinnbare Systeme

Forschung und Entwicklung

 
  • Evaluierung der Prozessfähigkeit und des Carbonfaser-Potentials von biobasierten, neuartigen und klassischen Präkursor-Systemen
  • Weiterentwicklung klassischer Präkursor-Systeme
  • Additive und Katalysatoren zur Steigerung der Effizienz und Performance

Ausstattung

 

  • kontinuierlicher spannungs- oder dehnungsgeregelter Fasertransport bis 6k
  • Batchprozesse bis 3.000 °C
  • Horizontal-Durchlauföfen:
    Stabilisierung bis 400 °C
    LT Carbonisierung bis
    1.100 °C
    HT-Carbonisierung bis 2.000 °C
    Graphitisierung bis 3.000 °C

Ausstattung

  • kontinuierlicher spannungs- oder dehnungsgeregelter Fasertransport bis 6k
  • Batchprozesse bis 3.000 °C
  • Horizontal-Durchlauföfen: Stabilisierung bis 400 °C, LT Carbonisierung bis 1.100 °C, HT-Carbonisierung bis 2.000 °C, Graphitisierung bis 3.000 °C

Ausstattung

 

  • kontinuierlicher spannungs- oder dehnungsgeregelter Fasertransport bis 6k
  • Batchprozesse bis 3.000 °C
  • Horizontal-Durchlauföfen:
    Stabilisierung bis 400 °C
    LT Carbonisierung bis
    1.100 °C
    HT-Carbonisierung bis 2.000 °C
    Graphitisierung bis 3.000 °C
 

Nachhaltige
Carbonfasern

Wir bieten Ihnen individuelle Strategien und Lösungen, um Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse von Carbonfasern ökonomischer und ökologischer zu gestalten.

Wir beraten, entwickeln und optimieren in Ihrem Auftrag.


biobasierte, neuartige, klassische Ausgangsmaterialien

Projekte und Publikationen

Hier finden Sie aktuelle Pressemitteilungen, ausgewählte Forschungsprojekte und Publikationen.

 

Beständigkeit von Biokunststoffen und Bioverbundwerkstoffen

BeBIO2

 

Biogene Carbonmaterialien für die Energiewende

CARBION

 

Circular Plastics Economy: Und für Kunststoffe läuft es rund

Pressemitteilung | 20.09.2019

 

Biobasierte Carbonfasern – Nachhaltige Hochleistung für den Leichtbau

Pressemitteilung | 01.10.2019

 

Neue Schiene für Knochenbrüche ist mehrfach nachformbar und kompostierbar

Pressemitteilung | 02.07.2019

 

ILA 2018: Kostengünstige Carbonfasern für den Leichtbau

Pressemitteilung | 18.04.2018

Kontaktpersonen

Johannes Ganster

Contact Press / Media

Prof. Dr. Johannes Ganster

Abteilungsleiter | Materialentwicklung und Strukturcharakterisierung

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam

Telefon +49 331 568-1706

Jens Erdmann

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Jens Erdmann

Carbonisierung

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam

Telefon +49 331 568-1252

Andreas Bohn

Contact Press / Media

Dr. Andreas Bohn

Röntgenstreuung, Elektronenmikroskopie

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam

Telefon +49 331 568-1817

Rainer Rihm

Contact Press / Media

Dr. Rainer Rihm

Materialprüfung

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam

Telefon +49 331 568-1811

Melanie Bartel

Contact Press / Media

Dr. Melanie Bartel

NMR-Spektroskopie

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam

Telefon +49 331 568-1434

Tobias Hückstaedt

Contact Press / Media

M. Sc. Tobias Hückstaedt

Technikumsleitung, Ramanspektroskopie

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam