Werkstoffe: Online-Tool für Herstellung syntaktischer Schäume

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Syntaktische Schäume, Verbundwerkstoffe mit eingeschlossenen Mikrohohlkugeln, kommen schon seit längerem in der Luftfahrtbranche oder im Schiffbau zum Einsatz. Nun erschließen sie sich eine immer größere Anwendungspalette für eine Reihe von Produkten. Nikhil Gupta, Professor an der New York University Tandon School of Engineering (NYU Tandon), arbeitet daher mit den Spezialchemie-Anbietern Dixie Chemical und Evonik zusammen, um ein web-basiertes Werkzeug für die Herstellung des für ein Produkt jeweils passenden Schaums zu entwickeln.

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Syntaktische Schäume, Verbundwerkstoffe mit eingeschlossenen Mikrohohlkugeln, kommen schon seit längerem in der Luftfahrtbranche oder im Schiffbau zum Einsatz. Nun erschließen sie sich eine immer größere Anwendungspalette für eine Reihe von Produkten. Nikhil Gupta, Professor an der New York University Tandon School of Engineering (NYU Tandon), arbeitet daher mit den Spezialchemie-Anbietern Dixie Chemical und Evonik zusammen, um ein web-basiertes Werkzeug für die Herstellung des für ein Produkt jeweils passenden Schaums zu entwickeln.

Eigentlich zu Hause in der Luftfahrt und bei Anwendungen in der Tiefsee, gewinnen syntaktische Schäume zunehmend im Bauwesen, der Infrastruktur, der Windenergie und bei der Herstellung von Sportartikeln an Bedeutung. Auch Unternehmen der Transportbranche bedienen sich zusehends dieser enorm leichten, festen Werkstoffe, um damit effizientere, kostengünstigere Fahrzeuge zu bauen. Nikhil Gupta, NYU Tandon Professor of Mechanical and Aerospace Engineering und ein führender Fachmann auf dem Gebiet der Leichtbauwerkstoffe und Spezialchemikalien arbeitet mit Chemieunternehmen zusammen, um den Herstellern die Wahl des passenden Schaums für das jeweilige Produkt einfacher zu machen.

Kein Patentrezept für die Herstellung

Syntaktische Schäume sind Verbundwerkstoffe. Winzige Hohlkugeln aus Glas oder Keramik werden in einen Vorläufermaterial aus Polyethylen oder Epoxidharz eingebracht. Aber es gibt kein Patentrezept: das optimale Verhältnis der Inhaltsstoffe ergibt sich aus dem angestrebten Einsatz des Endprodukts und Variablen wie Temperatur, Druck, physische Einflüsse und dem Wasser, denen dieses ausgesetzt sein könnte.

Um das Ratespiel zu beenden, hat sich Gupta an Dixie Chemical, einen wichtigen Hersteller von Anhydrid-Härtern für syntaktische Schäume mit Epoxidharz, und an den Spezialchemie-Anbieter Evonik gewandt, um ein Online-Tool namens Design Syntactic zu entwickeln. Es hilft, das Entwickeln syntaktischer Schäume zu vereinfachen, zu beschleunigen und zu verbessern.

Mit der Software, die Gupta und seine Mitarbeiter entwickelt haben, können Anwender Variablen eingeben und algorithmisch hergeleitete Ergebnisse für die angemessenen Proportionen der Mikrohohlkugeln und des Vorläufermaterials abrufen. Wenn etwa ein Anwender die thermischen Spezifikationen eines Produkts eingibt, erhält er den thermischen Ausdehnungskoeffizienten, bei mechanischen Eigenschaften bekommt er Parameter wie Steifigkeit geliefert.

Wissen, nicht raten

Das Tool basiert auf einem multifunktionalen syntaktischen Schaum, für den Gupta ein Patent erteilt bekommen hat. Anwender können damit die Volumenanteile der Partikel bestimmen, die mit dem Vorläufermaterial gemischt werden sollen und auf diese Weise den syntaktischen Schaum ergeben, der die gewünschten Eigenschaften aufweist. „Wir bieten ein präzises, patentiertes Designwerkzeug, das auf etablierten, von Experten begutachteten und in der Industrie allgemein anerkannten Theorien und Modellen beruht. So können Anwender die optimale Zubereitung erstellen und dabei Zeit und Mühe sparen, die es braucht, ein Produkt auf den Markt zu bringen“, sagt Gupta.

Mike Gromacki, President of Dixie Chemical, erklärt: „Mit unserem finanziellen und technischen Beitrag hat die NYU  dieses Tool entwickelt und für unserer Branche gratis bereitgestellt.“ Dies habe technische Grenzen reduziert, ein robustes Design von Schaumsystem gewährleistet und neue Märkte für diese bemerkenswerten Werkstoffe eröffnet.

Gupta arbeitet seit kurzem mit dem National Institute of Technology-Karnataka (NIT-K), Indien, zusammen, um zu untersuchen, wie kleinere Hersteller von Plastikbauteilen einfacher syntaktische Schäume für Autos und Konsumgüter produzieren können.

Interessenten können das Online-Tool ausprobieren unter: www.dixiechemical.com/syntacticdesign

 

Bild: Eigentlich zu Hause in der Luftfahrt und bei Anwendungen in der Tiefsee, gewinnen syntaktische Schäume zunehmend im Bauwesen, der Infrastruktur, der Windenergie und bei der Herstellung von Sportartikeln an Bedeutung.

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