Quantensprung im Leichtbau

Wissenschaftler am Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen haben entdeckt, dass Pech-basierte Kohlenstofffasern, die in einer Wabenstruktur ausgerichtet sind, mit über 27 W/mK Wärmeleitfähigkeit so gut Wärme leiten wie legierter Stahl. Für diese Entdeckung wurden sie mit dem ersten Preis des Hochschulwettbewerbs ZukunftErfindenNRW 2012 von NRW-Wissenschaftsministerin Svenja Schulze ausgezeichnet.

Diese Entwicklung bezeichnet einen Quantensprung im Leichtbau. Nun können Industriezweige und -branchen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau zukünftig Bauteile mit niedriger Dichte und gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit aus Kohlenstofffasern und Polymeren herstellen. Dies spart ein Vielfaches an Gewicht gegenüber den konventionell verwendeten Metallteilen ein. Die Temperaturbeständigkeit des neuen Werkstoffs erreicht je nach Matrix bis 180 Grad Celsius. Er ist überall dort einzusetzen, wo es auf leichte Bauweise und hohe Wärmeleitfähigkeit ankommt. Das Leichtbau-Composite wiegt weniger als Aluminium und ist gut im Flugzeug- und Fahrzeugbau einsetzbar, z. B. für die Kühlkörper von Akkus für Elektromobile oder für Hubschrauberleitwerke.

Es ist bereits bekannt, dass Pech-basierte Kohlenstofffasern, die in eine Richtung ausgerichtet sind, sehr wärmeleitfähig sind. Sie leiten Wärme doppelt so gut wie Kupfer – einem der besten Wärmeleiter überhaupt. Bisher war es jedoch sehr schwierig, diese Fasern zu verarbeiten, da diese sehr schnell brachen und dann nicht mehr eingesetzt werden konnten. Dr. Glowania und Prof. Gries gelang es, dieses Problem durch eine Kombination aus drei Themen zu lösen:

1. Verbesserte Verarbeitung der ultrahochmodulen Kohlenstofffasern. Hierbei handelt es sich um ein extrem sprödes Material mit einem Elastizitätsmodul von 950 Gigapascal.

2. Ausrichtung der Fasern gezielt im Bauteil in Dickenrichtung mit dem Ergebnis einer gerichteten Wärmeleitfähigkeit.

3. Modifikation der isolierenden polymeren Matrix, in der die Kohlenstofffasern eingebettet sind.

 

Bild: Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen

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