unbekannter Gast

Kunststofftechnik und Polymerwissenschaften#


Von


Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Franz Stelzer

Institut für Chemische Technologie organischer Stoffe


Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Franz Stelzer
Franz Stelzer


© Forschungsjournal SSm 2002


Dieses Kplus-Zentrum wurde unter der Federführung der Montanuniversität Leoben (Univ.-Prof. DI Dr. Reinhold W. Lang) gemeinsam mit der Technischen Universität Graz, der Johannes-Kepler-Universität Linz, der JOANNEUM RESEARCH –Forschungsgesellschaft mbH und der Upper Austrian Research GmbH in Zusammenarbeit mit führenden im Kunststoffbereich tätigen Österreichischen Firmen im Rahmen der dritten Ausschreibung für Kplus-Kompetenzzentren des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (bm:vit ) beantragt und nach eingehenden Expertenhearings genehmigt. Das Zentrum wird von Seiten der Öffentlichen Hand neben dem bm:vit auch durch die Steiermärkische und Oberösterreichische Landesregierung sowie durch die Stadt Leoben mit insgesamt 60 % des Gesamtvolumens gefördert. Als Gesamtvolumen wurden etwa 14.4 Mio € für die ersten 4 Jahre genehmigt. Dies bedeutet eine Reduktion von ca. 20 % verglichen mit dem ursprünglichen Antrag. Die Polymer Competence Centre Leoben GmbH wurde am 13.6.2002 in Leoben mit den Gesellschaftern MU Leoben (35 %) TU Graz (17 %) Joanneum Research (17 %) Upper Austrian Research (17 %) Universität Linz (9%) und Stadt Leoben (5%) gegründet. Derzeit finden die abschließenden Vertragsverhandlungen und die Detaillierung der einzelnen Projekte statt.


Ziele des PCCL

Als die drei wichtigsten Ziele diese Zentrums sind zu nennen:

1) Stärkung und Verbesserung der Infrastruktur für vorwettbewerbliche Forschung in spezifischen zukunftsorientierten Forschungsfeldern der Polymerwissenschaft und –technologie
2) Erhöhung der Wettbewerbstauglichkeit der Österreichischen Kunststoffindustrie und verwandter Hochtechnologie Industrien sowie des damit verbundenen Service Sektors
3) Die Etablierung des Zentrums als Langzeitinstitution für vorwettbewerbliche Forschung und Entwicklung in den Bereichen Kunststofftechnik und neue Materialien.

Als Aktivitäten zur Erreichung dieser Ziele sind folgende Aktivitäten angesetzt:

  • Aufbau und Festigung langjähriger FuE-Kooperationen mit einschlägigen Unternehmen der Kunststoffwirtschaft und den zugeordneten Dienstleistungseinrichtungen (Technische Büros, Konsulentenbüros, usw.)
  • Entwicklung neuer, verbesserter Technologien für die Herstellung und Anwendung von Kunststoffen sowie für eine neue Generation von Kunststoffprodukten für die Schlüsseltechnologien der Zukunft (Bauen und Mobilität, Informationstechnologie, Elektronik, Solartechnik, Mikrotechnik, usw.)
  • Unterstützung von vor allem klein- und mittelständischer Unternehmen bei der Lösung wissenschaftlich anspruchsvoller, kunststofftechnischer Probleme
  • Beitrag zum Schutz der Umwelt und Orientierung von FuE-Tätigkeiten an den Anforderungen für eine nachhaltig zukunftsfähige Entwicklung (Sustainable Development)
  • Heranbildung von wissenschaftlich-technischem Personal und eines qualifizierten Führungsnachwuchses Partnerstruktur und sozio-ökonomische Bedeutung.

Eine Abschätzung der Bedeutung der Kunststoffindustrie für Österreich ergibt sich aus einem Umsatz von etwa 3,6 Milliarden € und über 50000 Beschäftigten mit einem jährlichen Wachstum von ca. 10%.

Die Partnerunternehmen des PCCL kommen sowohl aus der Großindustrie (ca 50 %), Klein- und Mittelunternehmen (ca 40 %) und Service-Einrichtungen (Ingenieurbüros, ca 10 %). Das PCCL versteht sich dabei als Bindeglied zwischen den einzelnen Unternehmen, insbesondere aber zwischen den Unternehmen und den universitären Forschungsteams.

Das PCCL wird seine Forschungsarbeit entsprechend der jeweiligen Kernkompetenzen auf Standorte verteilen: Leoben (Hauptstandort mit Schwerpunkt Kunststoffverarbeitung, Werkstoffwissenschaft, Prüftechnik, etc.; ca. 65 % des Projektvolumens), Graz (Polymerchemie, grundlagennahe Materialentwicklungen, organische Elektronik; ca 25 % des Projektvolumens) und Wels (Compoundiertechnik, Rheologie; ca. 10 % des Projektvolumens).

Der geförderte Budgetrahmen für das Polymer Competence Centre liegt für die ersten 4 Jahre bei ca. 14,4 Mio €. In Personenjahren werden damit ca. 30 bis 40 Arbeitsstellen von hoher wissenschaftlich-technischer Qualifikation geschaffen, die bevorzugt auch für Diplomarbeiten und Dissertationen auf dem Gebiet der Kunststofftechnik und Polymerwissenschaften vergeben werden.


Forschungsfelder des PCCL

Dieses Zentrum stellt ein gelungenes Beispiel für die Ausnutzung von Synergien zwischen den beteiligten Forschungs- und Industriepartnern dar und soll den Bedarf von anwendungsnaher Grundlagenforschung bis hin zu neuen Technologieentwicklungen abdecken.

Dies spiegelt sich in den drei Forschungsfeldern Performance-orientierte Strukturpolymere (STRUCPOL), Funktionspolymere und Polymeroberflächen (FUNPOL) und Entwicklung von Teilen, Formen und Werkzeugen (DECMOLD) wieder, vgl. Abb. 2. Sämtliche Forschungstätigkeit widmet sich dabei besonders der Qualitätsoptimierung auf Basis der Beziehung zwischen Mikrostruktur und Eigenschaften in allen Ebenen der Produktentwicklung (siehe Abb. 3, Qualität/Eigenschaften-Pyramide). Daraus ergibt sich auch die unterschiedliche Forschungstiefe bzw. Positionierung der einzelnen Areas innerhalb der einzelnen Entwicklungsebenen.

Im Forschungsfeld 1 „Strukturpolymere“ (Area1 STRUCTPOL) soll der materialwissenschaftliche Forschungsansatz zu neuen Materialien mit wesentlich verbessertem Eigenschaftsprofilen führen. Die Werkstoffauswahl und Bewertung soll durch neue Wege der Qualitätssicherung wesentlich erleichtert bzw. beschleunigt werden. Spezielle Materialentwicklungen beziehen sich vor allem auf

  • neue thermoplastische und elastomere Kunststoffmaterialien (Compounds)
  • eine neue Generation von Harzformulierungen für Hochleistungs-Komposite, die modernen Verarbeitungserfordernissen (z.B. flüssiges Harz, Verarbeitung in Spritzgusstechniken), verbesserte Struktureigenschaften, etc. entsprechen.

Um z.B. die mechanischen Eigenschaften bzw. das gesamte Eigenschaftsprofil (Bruchmechanik, Risswachstum, Alterungsbeständigkeit, etc.) zu verbessern, ist ein Zusammenwirken moderner materialwissenschaftlicher Prüfmethoden mit einer chemischen Optimierung der Rohstoffzusammensetzung wie auch der Verarbeitungsmethoden notwendig.

Das Forschungsfeld 2 „Funktionspolymere“ (Area2 STRUCTPOL) entwickelt Materialien für aktuelle und zukünftige Hochtechnologieanwendungen.

Zu diesen Bereichen zählen moderne Lichttechnologie, Mikro- und Nanoelektronik, integrierte Leiterplattensysteme, Lichtleiter und photovoltaische Zellen auf Basis organischer Polymere ( „Kunststoffe“) ebenso wie besonders gasdichte Membranen für Verpackungs- und Versiegelungsmaterialien oder für die Energiespeicherung (Separatormembranen).

Lichtinduzierte Oberflächenbehandlungsmethoden werden zur Erzeugung optischer Bauelemente, bioresponsiver Oberflächen und vielschichtiger Folien eingesetzt. Moderne Gummiprodukte mit optimierten physikalischen und biomedizinischen Eigenschaften schließen den breiten Anwendungsbogen, der von bio-medizinischen über physikalisch materialwissenschaftliche, bis hin zu quantenphysikalisch definierten optoelektronischen Zukunftsproblemen integrierter Mikrosysteme reicht. Dieses Forschungsfeld, das vor allem am Institut für Chemische Technologie organischer Stoffe der TU Graz bearbeitet wird, ist besonders grundlagenorientiert, eröffnet deshalb aber auch die weitreichendsten Zukunftsperspektiven.

Für Forschungsfeld 3 „Formendesign und Modellierung“ (AREA 3 DECMOLD) sind moderne Produktanforderungen wie geringer Rohstoffeinsatz, Langlebigkeit und Ausfallssicherheit (Gewährleistung!), Produktionsgeschwindigkeit und Automatisierbarkeit als treibende Kraft zu erkennen. Die Integration thermodynamischer und rheologischer Materialgesetze führt gemeinsam mit hoch entwickelten Simulationsmethoden zu einer wesentlich rascheren und sichereren Produktenwicklung bzw. Produktoptimierung, wobei in diesem Forschungsfeld insbesondere die Optimierung der Verarbeitungs- und Prüftechniken und somit das Produkt-Design im Vordergrund steht.

Der Beitrag der Technischen Universität Graz konzentriert sich vor allem auf den Forschungsbereich der AREA2 „Funktionspolymere“ und die Modifizierung von Polymeroberflächen. Die Entwicklung neuer Kunststoffe für hochspezialisierte Anwendungen wie z.B. Kunststoff-Chips und extrem leichte und billige photovoltaische Zellen, flexible Displays und integrierte (opto-)elektronische Leiterplatten, Folien höchster Dichtigkeit oder Membranen mit speziellen Trenneigenschaften werden hier in den Grundlagen erforscht. Hier kann bereits auf ein langjähriges Know-How zurückgegriffen werden. Bis zur Produktrealisierung sind oftmals völlig neue Verarbeitungstechniken notwendig. Dies soll mit Hilfe der Partner im Kompetenzzentrum zu neuen Prototypen führen, die in der Folge von den beteiligten Firmen in marktfähige Produkte umgesetzt werden sollen.

Durch die enge Vernetzung aller drei Forschungsfelder ergibt sich in diesem Kompetenzzentrum eine auch im internationalen Vergleich bemerkenswerte Konzentration an Know-How und Forschungskraft, die den Bereich „Kunststoff“ von seiner Wiege (Entwicklung neuer Materialien mit neuen Eigenschaften) über die Produktionstechnik (Verfahrens- und Produktentwicklung) bis hin zu Qualitätssicherung und Produktdesign mit anerkannten Forschungsgruppen höchster Qualität überspannt. Die bereits jetzt sehr gut funktionierende Zusammenarbeit zwischen den Universitäten untereinander und ebenso mit ausseruniversitären Forschungseinrichtungen wie einigen Instituten von Joanneum Research wird durch dieses Zentrum noch wesentlich verstärkt und könnte so zu einem Nucleus für einen Forschungscluster in Polymerwissenschaften werden.

Weitere Synergien in der Steiermärkischen Forschungslandschaft, insbesondere aber an der TU Graz ergeben sich aus der Kooperation mit den anderen z.T ebenfalls im Aufbau befindlichen Kplus-Zentren Angewandte Biokatalyse (Produktion und Abbau von Biopolymeren; biokompatiblen Polymeroberflächen), Virtuelles Fahrzeug (Materialentwicklung) und Nachhaltige Energiesysteme (Energierecycling).