Wasserstoffdrucktanks für Brennstoffzellenfahrzeuge bestehen aus einem Polyamid-6-Liner, der durch eine Umwickelung aus Endloscarbonfasern verstärkt wird. Um die notwendige Gas- und Druckdichtigkeit zu gewährleisten, sind derzeit dickwandige Liner und mehrere Kohlefaserlagen erforderlich. Dies führt zu hohen Kosten und einem erhöhten Gewicht der Tanks, was besonders für Mobilitätsanwendungen nachteilig ist. Zusätzlich stellen die Betriebsdrücke von bis zu 700 bar potenzielle Sicherheitsrisiken dar. Ziel des Projekts ist es, die Materialeigenschaften der Drucktanks durch Strahlenvernetzung der Liner sowie eine potenzielle Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Carbonfasern zu optimieren. Dies wird die Herstellung leichterer, kosteneffizienter und sichererer Tanks ermöglichen. Es gibt Veröffentlichungen darüber, dass die Wasserstoffpermeation in Polymeren durch eine Vernetzung gesenkt werden kann. Allerdings handelt es sich bei den Kunststoffen in diesen Publikationen nicht um Polyamid 6 und die erreichten Netzwerkdichten sind höher. Das Hauptziel des Projekts 'RayHy' ist daher der Nachweis, dass die Strahlenvernetzung die Wasserstoffpermeation in Polyamid-6-Linern signifikant verringern kann. Weiter soll die Auswirkung der Strahlenvernetzung auf die Schlagzähigkeit untersucht werden. Die Veränderung der Zugfestigkeit von Carbonfasern durch Elektronenbestrahlung wird geprüft. Für eine erfolgreiche Strahlenvernetzung von Polyamid 6 ist der Einsatz von Additiven, sogenannten Vernetzungsverstärkern, erforderlich. Einige Allylamide sind physiologisch unbedenklich und thermisch äußerst stabil. Sie können daher in Kunststoffverarbeitungsprozessen mit langer Verweilzeit in der Schmelze oder mit hohen Oberflächen, wie dem Blasformen von Polyamid 6 - Linern, eingesetzt werden. Für die Stromversorgung schwerer SUV und Nutzfahrzeuge ist die Brennstoffzellentechnologie günstiger als die Batterie. Größere, zuverlässige Tanks steigern die Reichweiten dieser Fahrzeuge.
Polymere stellen eine sehr umfangreiche Gruppe chemischer Verbindungen dar, die verschiedenen Stoffklassen angehoeren. Sie kommen in aussergewoehnlich grossen Mengen in unserer Biosphaere vor. Es handelt sich dabei um Substanzen, die aus solchen Molekuelen aufgebaut sind, in denen eine Art oder mehrere Arten von Atomen oder Atomgruppierungen wiederholt aneinandergereiht sind. Polymere sind auch Hauptbestandteil der Kunststoffe. Hierbei handelt es sich um Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die synthetisch oder durch Abwandeln von Naturprodukten oder durch biotechnologische Produktion entstehen. Der Abbau von Polymeren in Kunststoffen sowie von natuerlichen und synthetischen Kautschuken durch Bakterien und Pilze ist auf biochemischer und molekularer Ebene bisher wenig erforscht worden. Ein Verstaendnis der ablaufenden Vorgaenge koennte dazu beitragen, biotechnologische Verfahren zu entwickeln, solche polymeren Werkstoffe und Verpackungsmaterialien zu entsorgen oder in wiederverwertbare Substanzen zu ueberfuehren. Fuer wasserloesliche, technisch relevante Polymere ist die Kenntnis und ein Verstaendnis des Abbaus besonders wichtig, weil diese meist nicht rezyklisiert oder deponiert werden koennen. Darueber hinaus tragen Kenntnisse ueber die biologischen Abbaumechanismen dazu bei, polymere Materialien zu entwickeln, die gegenueber einem Abbau inert sind und die fuer besonders langlebige Anwendungen geeignet sind. Die am Abbau von aus Biosynthesen hervorgegangenen Polyamide, Poly(aepfelsaeure) und Naturkautschuk beteiligten Proteine sollen charakterisiert und deren Strukturgene kloniert werden. Daneben zielen Untersuchungen auch auf die Aufklaerung des mikrobiellen Abbaus synthetischer Polymere wie zB Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol oder Polyacrylsaeure sowie synthetischer Kautschuk ab.
Das Ziel des geplanten Verbundforschungsvorhabens besteht in der Entwicklung neuartiger Werkstoffe für tribologische Anwendungen auf Basis von elastomeren, thermoplastischen und duromeren Grundwerkstoffen mit chemisch gekoppelten Polytetrafluorethylen-Mikropulvern (PTFE) bzw. inkorporiertem PE. Aus dem gesamten Spektrum der technischen Polymere werden repräsentative Vertreter aus den drei Kunststoffgruppen ausgewählt und für tribologische Einsatzgebiete entsprechend modifiziert. Carbonsäurefunktionalisierte PTFE-Mikropulver als Basismaterialien entstehen durch Strahlenmodifizierung von PTFE in Gegenwart von Sauerstoff. Die Synthese der speziell für die Kopplung mit anderen Polymersystemen modifizierten PTFE-Mikropulver bildet somit den Ausgangspunkt für die ingenieurtechnischen Arbeiten. Die Modifizierung von PA-66 durch chemische Kopplung mit maleinsäureanhydridgepfropftem Polyethylen (PE) mit der anschließenden selektiven Vernetzung des PE ist ein weiteres Arbeitsziel für vergleichende Untersuchungen zu den chemisch gekoppelten PTFE-Polyamidmaterialien. PTFE und PE zeichnen sich durch niedrige adhäsive Haftung bzw. Reibungszahl aus. PE besitzt zwar eine geringe Wärmeformstabilität, liegt aber preislich weit unterhalb von PTFE-Werkstoffen. Nach der Herstellung der neuen Werkstoffsysteme werden diese hinsichtlich der mechanischen und tribologischen Eigenschaften charakterisiert. Analog zu den Ergebnissen aus vorangegangenen Untersuchungen zur Herstellung und Charakterisierung von PTFE-Polyamid-6-Materialien am IPF und LKT wird durch die chemische Kopplung von PTFE bzw. PE mit den Matrixpolymeren anstelle der bisherigen physikalisch gebundenen Einlagerung die Verbesserung der tribologischen Eigenschaften und vor allem eine Erniedrigung der Reibungszahl und die Erhöhung der Verschleißfestigkeit angestrebt. Die chemisch gekoppelten PTFE bzw. PE-Werkstoffsysteme besitzen den Vorteil, dass die für die Verbesserung der tribologischen Eigenschaften verantwortlichen Zusatzstoffe nicht mehr aus der Matrix heraus gerieben werden können. Es sind somit die werkstoff- und verfahrenstechnischen Grundlagen für völlig neuartige Tribowerkstoffe zu entwickeln.Über die Untersuchung der Verarbeitungsbedingungen und eine erste Optimierung der tribologischen und Werkstoffeigenschaften werden grundlegende Erkenntnisse zu den Zusammenhängen zwischen den Strukturbildungs- und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erarbeitet. Der Ausgangspunkt für die Forschungsarbeiten in diesem Verbundprojekt sind die bisher erfolgreich durchgeführten Arbeiten zu einer chemischen Kopplung zwischen PTFE und PA-6 am IPF. Für die Elastomerkopplung werden die PTFE-PA-Produkte mit olefinischen Doppelbindungen modifiziert, die in der Mischungsherstellung bzw. während der Vulkanisation unter chemischer Kopplung mit dem Matrixelastomer reagieren. usw.