USAB Universiteit partners met MHP voor NASA-ondersteunde ZT-CFRP composiettechnologie

Professor Kuang-Ting Hsiao's groep aan de Universiteit van Zuid-Alabama (Atlanta) hebben recent ZT-CFRP ontwikkeld, een innovatief plastic composiet verrijkt met nanoparticles en versterkt met koolstofvezels dat oorspronkelijk ondersteund werd door NASA. Gefinancierd door de VS National Science Foundation (NSF), heeft de universiteit een onderzoekspartnerschap opgezet om het potentieel van het geavanceerde composietmateriaal volledig te benutten en te waarborgen dat ZT-CFRP snel op een bredere markt gebracht kan worden.

Naast de Universiteit van Zuid-Alabama, zijn vijf bedrijven uit diverse sectoren betrokken bij het partnerschap, waaronder MHP (Atlanta, Ga., VS), Porsche Motorsports (Calif., VS), UST Mamiya (Fort Worth, Texas, VS), Hexcel Corp. (Stamford, Conn., VS) en Toray Composite Materials America (Tacoma, Wash., VS). MHP zal reportedly een sleutelrol spelen in deze samenwerking door nauw met de universiteit samen te werken ter ondersteuning van het ontwerp van een roll-to-roll productieproces voor ZT-CFRP, wat grootschalige productie van het materiaal tegen lage kosten mogelijk maakt. Het project streeft ernaar ZT-CFRP op de markt te brengen voor 2024.

“Onze collega, Dr. Sebastian Kirmse, schreef zijn proefschrift aan de Universiteit van Zuid-Alabama en was tijdens deze tijd betrokken bij het onderzoek voor dit nieuwe, opwindende composiet,” legt Tobias Hoffmeister, president en CEO van MHP Americas Inc. uit. “Toen Sebastian begin 2020 bij MHP aantrad, informeerde hij ons over de nieuwe technologie en betrok ons. We waren allemaal overtuigd dat het composietmateriaal aanzienlijk potentieel had, vanaf het begin.”

Het plastic composiet, verrijkt met specifiek georiënteerde nanoparticles en versterkt met koolstofvezels, heeft reportedly een aantal eigenschappen die het laten opvallen ten opzichte van andere composietmaterialen in deze groep. Koolstofnanovezels zijn in zigzag-vorm tussen de conventionele koolstofvezels gedraaid, wat een weefsel produceert waarin de mechanische, elektrische en thermische belasting in alle richtingen binnen het composiet verdeeld worden, wat de geleiding van het materiaal significant verhoogt (vooral orthogonaal aan de vezelrichting). De universiteit merkt op dat dit betekent dat ZT-CFRP niet alleen lichter is dan aluminium en tougher dan staal, het is ook significant minder kwetsbaar voor mechanische krachten, zoals impacts schade, dan conventionele koolstofvezel-versterkte kunststoffen (CFRPs).

ZT-CFRP zal beschikbaar zijn zowel in de vorm van een prepreg-rol als een dunne harsfilm die gebruikt kan worden om traditionele prepreg-materialen te optimaliseren of om twee materialen adhesief te verbinden met verbeterde mechanische, thermische en elektrische verbinding en duurzaamheid.

ZT-CFRP opent ook een breed scala aan potentiële toepassingen, van automotive, tot ruimtevaart, tot sport zoals golf. “Met auto's proberen we constant een hoog veiligheidsniveau voor passagiers te garanderen, terwijl we tegelijkertijd streven naar gewichtsreductie en dus energieverbruik,” legt Dr. Sebastian Kirmse uit. “ZT-CFRP kan aluminium vervangen als materiaalkeuze voor het chassis. Dit was niet mogelijk met conventionele koolstofvezel-versterkte kunststoffen, vooral voor onderdelen blootgesteld aan verhoogde thermische belasting.” Het nieuwe composiet kan ook op een vergelijkbare manier in ruimtevaartuigen gebruikt worden. Daarnaast worden golfclubs lichter en krachtiger verwacht met het materiaal. Dr. Sebastian Kirmse stelt verder dat, door de multifunctionele eigenschappen, het materiaal een uitgebreid spectrum aan mogelijke toepassingen impliceert, wat tijdens het project in samenwerking met de partners verkend zal worden.