Materialentwicklung und Scale-Up

Neue Kunststofflösungen erreichen die Anwendung erst dann sicher, wenn Rezeptur, Verarbeitung, Bauteileigenschaften und Nachhaltigkeit zusammenpassen. Das Fraunhofer IMWS entwickelt thermoplastische Compounds, endlosfaserverstärkte Halbzeuge und die dazugehörigen Prozessketten – vom Materialdesign bis zur reproduzierbaren Pilotmenge.

Im gemeinsamen Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum PAZ verbindet das Fraunhofer IMWS seine Kompetenz in Polymerverarbeitung, Mikrostrukturdiagnostik, Prüfung und Simulation. So entstehen belastbare Daten zu Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen, praxistaugliche Muster und ein geringeres Risiko beim Scale-up.

  • Durchgängige Entwicklungskette: Materialdesign, Compoundierung, Halbzeugentwicklung, Pilotfertigung, Prüfung und Bauteilvalidierung aus einer Hand.
  • Expertise bis in den Pilotmaßstab: Flexible Extrusions- und Compoundieranlagen ermöglichen die Übertragung von Rezepturen in praxisrelevante Mengen.
  • Exzellente UD-Tape-Infrastruktur: Schmelzeimprägnierung mit bis zu 500 mm Arbeitsbreite und Prozessgeschwindigkeiten bis zu 15 m/min.
  • Tiefe Materialdiagnostik: Mikrostruktur, Verarbeitung, mechanische Kennwerte und Einsatzverhalten werden systematisch miteinander verknüpft.
  • Nachhaltigkeit technisch abgesichert: Rezyklate, biobasierte Polymere und Kreislaufkonzepte werden nicht nur bilanziert, sondern auch verarbeitungstechnisch und mechanisch bewertet.

Ihr Nutzen: Sie benötigen weniger Entwicklungsschleifen, kommen schneller zu fundierten Entscheidungen und sorgen so für einen sicheren Übergang von der Laborrezeptur zur industriell relevanten Verarbeitung.

Das sagen unsere Kunden

Felix Hufschmid

Bei DEUREX verbinden wir die Weiterentwicklung leistungsfähiger Wachse mit dem Anspruch, nachhaltigere Lösungen zu schaffen. Das Fraunhofer IMWS unterstützt uns dabei mit fundierter Expertise in der Materialentwicklung und mit der nötigen wissenschaftlichen Tiefe für die industrielle Anwendung biobasierter Kunststoffe. Wir schätzen besonders die fachliche Stärke, Flexibilität und partnerschaftliche Zusammenarbeit.

Felix Hufschmid

DEUREX AG

Georgi Gogoladze

Das tiefgehende Materialverständnis und die praxisnahe, professionelle Forschungskompetenz des Teams am Fraunhofer IMWS haben uns entscheidend geholfen, innovative Lösungen beim Einsatz von Basaltfasern in Thermoplast-Compositen umzusetzen. Die exzellenten Kenntnisse zu UD-Tapes und der Optimierung von Eigenschaftsprofilen kurzfaserverstärkter Materialien waren beeindruckend. Gemeinsam konnten wir so eine Referenz für ein weiteres Anwendungsfeld unserer Fasern schaffen.

Georgi Gogoladze

Deutsche Basalt Faser GmbH

Jöran Pfuhl

Die enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IMWS war für unsere gemeinsamen Aktivitäten von enormem Wert. Der direkte Austausch zwischen Industrie und angewandter Forschung hat nicht nur innovative Lösungen und mikrostrukturelle Aufklärungen hervorgebracht, sondern auch gezeigt, wie praxisnahe Forschung echten Mehrwert für industrielle Anwendungen schaffen kann - und damit einen Vorsprung im Wettbewerb für uns als Unternehmen.

Jöran Pfuhl

P-D Glasseiden GmbH Oschatz

Unsere Leistungen für Sie

Für UD-Tapes und UD-Laminate müssen Faser-Matrix-Haftung, Imprägnierung, Faserorientierung, Porosität, Konsolidierung und Prozessgeschwindigkeit zusammenpassen. Wir entwickeln Materialsysteme und kontinuierliche Prozesse bis zur Mustermenge im Pilotmaßstab.

Methoden und Ausstattungshighlights:

  • Auslegung von Matrix-, Endlosfaser-, Langfaser- und Additivsystemen für thermoplastische Faserverbunde
  • Entwicklung und Optimierung kontinuierlicher Prozesse zur Schmelzeimprägnierung und Konsolidierung auch für Hochtemperaturthermoplaste
  • Prozess- und Struktursimulationen zur Auslegung von Halbzeugen, Laminaten und Bauteilen
  • Bewertung von Imprägnierung, Porosität, Faserorientierung und Laminatqualität mittels 3D-Röntgen-CT, luftgekoppeltem Ultraschall, aktiver Thermografie und Elektronenmikroskopie
  • Doppelbandpresse für die kontinuierliche Laminatherstellung sowie temperierbare Laminatpresse
  • 2D- und 3D-Tape-Leger für die diskontinierliche Laminatherstellung oder lokale Versteifung von Bauteilen

Ihr Nutzen: Maßgeschneiderte UD-Tapes und UD-Laminate mit belastbaren Prozessfenstern – bereit für Ihre sichere Weiterverarbeitung.

Mehr Informationen zu unseren Kompetenzen bei UD-Tapes.

Neue Thermoplast-Compounds müssen Festigkeit, Zähigkeit, Fließfähigkeit, Wärmebeständigkeit, Kosten und Nachhaltigkeit ausbalancieren. Wir machen Einflüsse von Rezeptur und Verarbeitung sichtbar und entwickeln Formulierungen, die auch unter realen Prozessbedingungen überzeugen.

Methoden und Ausstattungshighlights:

  • Rezepturentwicklung für Hochleistungsthermoplaste, Blends, Nanokomposite sowie hochgefüllte und faserverstärkte Kunststoffe
  • Compoundierung vom Labormaßstab bis zum Technikumsmaßstab mit Minicompounder, Laborkneter sowie konischen und parallelen Doppelschneckenextrudern
  • Untersuchung von Fließverhalten und Verarbeitungsfenstern mittels  Schmelzflussindex, Rotationsrheometer und Hochdruckkapillarviskosimeter
  • Thermische Charakterisierung mit DSC, TGA, TMA, DMA sowie HDT- und Vicat-Messungen
  • Analyse von Füllstoffdispergierung, Morphologie und kristalliner Strukturen mittels Elektronenmikroskopie und Röntgendiffraktometrie
  • Mechanische Werkstoffcharakterisierung unter quasistatischer, dynamischer und thermischer Belastung – unterstützt durch Dehnungsfeldanalyse mit ARAMIS®

Ihr Nutzen: Eine belastbare Rezeptur mit nachvollziehbarer Struktur-Eigenschaftsbeziehung statt isolierter Laborwerte.

Eine Laborrezeptur ist nicht automatisch produktionsnah. Bei höherem Durchsatz verändern sich Dispergierung, Faserlänge, Verweilzeit, Energieeintrag und Granulatqualität. Wir übertragen Ihre Compoundierung schrittweise in den Pilotmaßstab.

Methoden und Ausstattungshighlights:

  • Systematische Scale-Up-Studien zu Schneckenkonfiguration, Temperaturprofil, Dosierung, Durchsatz und Energieeintrag
  • Compoundierung auf parallel gleichlaufenden, frei konfigurierbaren Doppelschneckenextrudern vom Labor- bis zum Pilotmaßstab
  • Durchsätze bis 400 kg/h für eine anwendungsnahe Überführung in den Pilotmaßstab
  • Granulierung über Stranggranulierung, Unterwassergranulierung oder Heißabschlag – passend zu Material und Folgeprozess
  • Zusätzliche Prozessrouten mit konisch gegenläufigen Doppelschneckenextrudern und Einschneckenextrudern
  • Prototypische Weiterverarbeitung auf Spritzgieß- und Injection-Molding-Compounding-Anlagen sowie anschließende Qualitätsprüfung

Ihr Nutzen: Reproduzierbare Pilotmengen und belastbare Prozessdaten reduzieren Ihr Übertragungsrisiko bis zur Industrialisierung.

Die nachhaltigste Lösung ist anwendungsabhängig. Rezyklatanteil, biobasierte Rohstoffe, Energieeinsatz, Ausschuss, Lebensdauer und Verwertungswege müssen gemeinsam mit Verarbeitbarkeit und Bauteileigenschaften bewertet werden. Dafür bieten wir die nötige Kompetenz.

Methoden und Ausstattungshighlights:

  • Lebenszyklusorientierte Nachhaltigkeitsbewertung und Ökobilanzierung, beispielsweise anhand von Treibhauspotenzial, CO₂-Fußabdruck und Ressourceneinsatz
  • Hotspotanalysen entlang der Prozesskette: Rohstoffbereitstellung, Compoundierung, Verarbeitung, Nutzungsphase und Verwertung
  • Vergleich von rezyklatbasierten, biobasierten und konventionellen Polymer- und Compoundvarianten auf Basis von Primärdaten aus dem Pilotmaßstab
  • Bewertung von Kreislauffähigkeits- und Verwertungsszenarien, etwa Wiederverarbeitung und werkstoffliches Recycling
  • Technische Validierung durch Rheologie, thermische Analyse, mechanische Prüfung sowie Temperatur-, Klima- und Medienlagerung
  • Prozessnahe Validierung auf Extrusions-, Press- und Spritzgießanlagen statt rein theoretischer Materialbewertung

Ihr Nutzen: Ökologische Hotspots werden sichtbar. Sie wählen Material- und Prozessoptionen, die Leistung und Kreislauffähigkeit verbinden.

Mehr Informationen zu unseren Projekten mit Biopolymeren.

Beispiele aus der Praxis

 

Biobasierte 3D-Druck-Filamente für belastbare Industrieanwendungen

Das Fraunhofer IMWS arbeitet gemeinsam mit Partnern an der Entwicklung hochleistungsfähiger Filamente für anspruchsvolle 3D-Druck-Anwendungen – zunächst mit Blick auf die Orthetik, perspektivisch auch für Medizintechnik, Mobilität, Sport und Möbelindustrie.

 

Mehr bio, weniger Geruch: Nachhaltige Kunststoffe für den Fahrzeuginnenraum

Im Projekt »SkaNaPA« entwickelt das Fraunhofer IMWS gemeinsam mit Partnern naturfaserverstärkte Bio-Polyamide für sicherheitsrelevante Bauteile im Auto.

 

Rezyklierbare Bio-Hybride für sichere Fahrzeugsitze

Im Projekt »Circular-Bio-Hybrids« entstehen metallverstärkte Bauteile aus biobasierten, naturfaserverstärkten Kunststoffen, die sich am Ende ihres Lebenszyklus recyceln lassen. Das Fraunhofer IMWS bringt seine umfassende Kompetenz für naturfaserverstärkte Thermoplaste und Hybrid-Spritzgusstechnologien ein.

Einblicke in unsere Ausstattung

Von der Materialidee zur Pilotmenge

Sie möchten ein neues Compound entwickeln, ein UD-Tape auslegen, Rezyklate integrieren oder Ihre Rezeptur in den Pilotmaßstab überführen? Sprechen Sie mit unseren Expertinnen und Experten über Ihre Zielanwendung, Kennwerte, Materialbasis, Nachhaltigkeitsziele und den gewünschten Musterbedarf.

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