2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16615Der Wandel der Mobilität zu mehr Nachhaltigkeit bzgl. der Antriebstechnik bewirkt einen Wandel des zu verwendenden Kraftstoffs. Hierbei spielt „grüner“ Wasserstoff als Energieträger sowohl im Automotive-Bereich wie auch dem Schienen-gebundenen Verkehr eine ganz wesentliche Rolle. Eine wichtige Voraussetzung ist die sichere und verlustfreie Lagerung des Wasserstoffs in Speichertanks, die zur Gewichtseinsparung nicht aus Stahl, sondern aus CFK gefertigt werden müssen. Bei der Verwendung von CFK als Strukturmaterial wird aber eine zusätzliche metallische Permeationsbarriere notwendig. Die hierfür eingesetzten „Liner“ zeichnen sich durch eine sehr gute Permeationssperrwirkung aus, wobei das Fügen und die Haftung des Liners zum Faserverbund oft problematisch sind. Andere Verfahren der Metallisierung, wie z.B. thermisches Spritzen oder galvanisches Abscheiden besitzen entweder eine geringere Sperrwirkung oder sind aufwändig in der Verarbeitung (Galvanik). Derzeit bestimmen die Eigenschaften des metallischen Liners die Lebensdauer des H2-Tanks. Die Anforderungen im Mobilitätsbereich sind dagegen Anspruchsvoll und liegen zwischen 35.000 bis zu 50.000 Zyklen (Ermüdung). Bei vielen Stählen oder Titan besteht zusätzlich die Gefahr der Wasserstoffversprödung und Rissbildung. Ziel ist es deshalb eine Lösung ohne metallischen Liner zu entwickeln. Um Verluste des Wasserstoffs durch Migration des Gases durch die Tankwände soweit wie möglich zu verhindern, ist es wesentlich, dass ein Matrixmaterial für den Faserverbund einzusetzen, dass aufgrund seiner eigenen hohen Zähigkeit intrinsisch wenig zur Bildung von Mikrorisse neigt und bei Impact-Belastungen, z.B. durch einen Unfall, eine hohe Schlagfestigkeit besitzt. Ziel der Forschung ist es geeignete Zähmodifikatoren für das Tieftemperatur-Toughening und gleichzeitig hoher Sperrwirkung von Epoxidharzsystemen am Beispiel von CFK-Wasserstoff-speichertanks zu entwickeln und zu erproben. Im Rahmen dieser Entwicklungsarbeiten werden auch Methoden des Computational Science (Datenauswertung mittels neuronaler Netzwerke) als zukunftsweisende Erweiterung zu bewährten Vorgehensweisen erprobt. Weitere Stichworte: CFK, Thin-Ply, kryogene Temperaturen, FEM, ExperimenteThe shift in mobility toward greater sustainability in terms of drive technology is bringing about a change in the fuel to be used. In this context, "green" hydrogen plays a key role as an energy carrier both in the automotive sector and in rail-based transportation. An important prerequisite is the safe and loss-free storage of hydrogen in storage tanks, which, in order to save weight, must be made not of steel but of CFRP. When CFRP is used as the structural material, however, an additional metallic permeation barrier becomes necessary. The "liners" used for this purpose are characterized by a very good permeation barrier effect, although joining and adhesion of the liner to the fiber composite are often problematic. Other metallization processes, such as thermal spraying or electrodeposition, either have a lower barrier effect or are costly to process (electroplating). Currently, the properties of the metallic liner determine the service life of the H2 tank. The requirements in the mobility sector, on the other hand, are demanding and range from 35,000 to 50,000 cycles (fatigue). With many steels or titanium there is also the risk of hydrogen embrittlement and cracking. The aim is therefore to develop a solution without a metallic liner. In order to prevent losses of hydrogen through migration of the gas through the tank walls as far as possible, it is essential to use a matrix material for the fiber composite that, due to its own high toughness, has intrinsically little tendency to form microcracks and has a high impact strength in the event of impact loads, e.g. from an accident. The aim of the research is to develop and test suitable tougheners for low-temperature toughening and simultaneous high barrier effect of epoxy resin systems using the example of CFRP hydrogen storage tanks. In the context of this development work, computational science methods (data evaluation by means of neural networks) are also being tested as a forward-looking extension to proven procedures. Further keywords: CFRP, Thin-Ply, cryogenic temperatures, FEM, experiments Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)