Materialcharakterisierung und -verarbeitung

Profil

Extrusion

Die Abteilung befasst sich mit der Verarbeitung von nanostrukturierten Materialien sowie mit Untersuchungen zu deren mechanischen, rheologischen, thermischen und dielektrischen Eigenschaften. In enger abteilungsübergreifender Zusammenarbeit werden wichtige Erkenntnisse zur Optimierung von Neuentwicklungen aller Abteilungen erhalten.

Zur Polymerverarbeitung und Membranherstellung stehen verschiedene Methoden zur Verfügung: Extrusion, Heißpressen, Spritzgießen, Hohlfadenspinnen, Schäumen von Polymeren.

Schlagprüfmaschine

Pendelschlagwerk


Mit statischen und dynamisch-mechanischen Prüfmethoden können mechanische Kennwerte unter Zug-, Druck- bzw. Scherbelastung ermittelt werden.

Diese Messmethoden liefern Informationen zu den mechanischen Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich, auch bei großen Deformationen.

Die Forschungsschwerpunkte unserer Abteilung:

Nanostrukturierte Materialien, z.B. Blockcopolymere und Nanokomposite, besitzen ein hohes Potenzial für den Einsatz in der Membrantechnologie.

Die Entwicklung von Membranen auf Basis nanostrukturierter Materialien erfordert ein umfassendes Verständnis der physikalischen Mechanismen und chemischen Wechselwirkungen bei der Membranherstellung. Ein wichtiges Beispiel ist der Phaseninversionsprozess bei der Herstellung von integral-asymmetrischen Membranen durch Flachziehen und Hohlfadenspinnen.

Ziel unserer Forschung ist die systematische Analyse der Eigenschaften von Polymermaterialien für den Einsatz als Membranen und die Optimierung der verfahrenstechnischen Prozesse zur Membranherstellung.

www.harcana.eu

Bei der Herstellung von Membranen mit Hilfe des Phaseninversionsverfahrens werden i. Allg. organische Lösungsmittel benötigt. Um die Verwendung von organischen Lösungsmitteln
zu verringern, werden in der Abteilung "Materialcharakterisierung und -verarbeitung" lösemittelfreie Verfahren zur Membranherstellung entwickelt. Beispiele hierfür sind die Herstellung offenzelliger Polymerschäume durch Schaumextrusion und das Sintern von Polymerpartikeln.
Für die Optimierung dieser Verfahren ist die Kenntnis der rheologischen Eigenschaften der verwendeten Polymere in Abhängigkeit der Temperatur, dem Deformationsmodus und der Deformationsgeschwindigkeit von hoher Bedeutung. Wir erforschen auch den Einfluss von äußeren Medien (z.B. Gasbeladung) auf die mechanischen und rheologischen Eigenschaften der Polymere.

Permeabilität und Selektivität von Membranen können aufgrund einer Vielzahl von Phänomenen während der Einsatzdauer abnehmen. Mit Hilfe theoretischer und experimenteller Methoden wird die physikalische Alterung von Polymermembranen grundlegend untersucht. Beispiele sind die mechanisch induzierte Kompaktierung von porösen Membranen und Substratmaterialien und die Alterung von dichten Polymermembranen für die Gasseparation. Verschiedene Methoden und Modelle werden zur Beschreibung der Alterung herangezogen. Die Ergebnisse der Modellierung werden mit experimentell bestimmten Werten verglichen.

Hohlfasermembranen werden vielfach in der Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser sowie in medizinischen Anwendungen (z.B. bei der Hämodialyse) eingesetzt. Dabei liegen sie gebündelt in Modulen vor, so dass das hohe Verhältnis von Membranfläche zu Modulvolumen den Einsatz für zahlreiche Trennprozesse attraktiv macht.
Wir entwickeln neue Hohlfasermembranen basierend auf Homopolymeren sowie Blockcopolymeren.
Die Hohlfasermembranen stellen wir durch einen Spinnprozess her. Um Membranen mit möglichst hoher Permeabilität und Selektivität zu erhalten, sind neben der Synthese und Modifizierung der Polymere die Optimierung der Verfahrensparameter für den Spinnprozess essenziell. Deshalb werden die verfahrenstechnischen Grundlagen des Hohlfaserspinnens umfassend untersucht.
Je nach gefordertem Eigenschaftsprofil der Membranen werden die Spinnlösungen individuell angepasst und die für den Spinnprozess nötigen Verfahrensbedingungen ermittelt. Die nachfolgende Charakterisierung der erhaltenen Membranen ist von entscheidender Bedeutung, da durch deren Ergebnisse die Entwicklung der Membranen gezielt vorangetrieben wird.