2026-02-232026-02-23https://hdl.handle.net/11420/61712Furanharze auf Basis von Furfurylalkoholen (Polyfurfurylalkohole) stellen eine ökologisch bedeutsame, da vollständig auf nachwachsenden Rohstoffen basierende Alternative zu petrochemischen Duromeren wie Phenolharzen dar. Das große sowohl ökologische als auch werkstoffliche Potential der Furanharze für ihren Einsatz als Matrixwerkstoff in Faserverbundkunststoffen (hohe Wärme-, Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit, gute mechanische Eigenschaften, vorteilhaftes Brandverhalten, etc.) wird jedoch aktuell noch nicht in einem wirtschaftlich relevanten Umfang ausgenutzt. Insbesondere die mit der Polykondensation verbundene Abspaltung von Wasser während der Aushärtung ist kritisch und führt dazu, dass Bauteile entweder sehr langsam ausgehärtet werden oder ein hohes Maß an Porosität aufweisen, die die mechanische Leistungsfähigkeit der Faserverbunde stark verringert. Für das Vorhaben im Walter Benjamin-Programm wird die Forschungshypothese aufgestellt, dass sich durch gezielte Vorhärtung (B-Staging) von Furanharz-basierten Faserhalbzeugen (Prepregs und Towpregs) die Wasserfreisetzung und die damit einhergehende Bauteilporosität so weit reduzieren lässt, dass sich Bauteile mit hohen thermo-mechanischen Eigenschaften auch bei kurzen Aushärtungszeiten herstellen lassen. Gleichzeitig sollen jedoch verarbeitungsrelevante Eigenschaften erhalten bzw. optimiert werden. Es handelt sich folglich um ein Optimierungsproblem, das eine interdisziplinäre Annäherung aus der Polymerchemie, der Produktionstechnik und den Werkstoffwissenschaften unter Anwendung von Experiment und Methoden der Materialmodellierung erfordert. Auf Grundlage des Forschungsansatzes wird das übergeordnete Projektziel der Beschreibung von Wirkzusammenhängen bei der Entwicklung Furanharz-basierter, vorimprägnierter Prepregs und Towpregs mit optimierten Verarbeitungseigenschaften verfolgt. Hieraus ergeben sich zwei Teilziele, die für die erfolgreiche Umsetzung des Vorhabens zu erreichen sind: Teilziel 1 besteht in der Herstellung des verarbeitungsfähigen Halbzeugs unter Variation des Katalysatoranteils, der Schlagzähmodifizierung und B-Staging-Levels. Hierzu werden Modellharze aus Furfurylalkohol, Maleinsäureanhydrid und epoxidiertem Sojabohnenöl formuliert sowie charakterisiert. Die Harze werden in Kombination mit einer Glasfaserverstärkung für die Halbzeugherstellung verwendet und modellbasiert (Aushärtekinetik) in einen definierten B-Stage überführt. Teilziel 2 umfasst die Beschreibung des Variationseinflusses auf erzielte Verarbeitungs- und Bauteileigenschaften. Zu diesem Zweck werden im B-Stage Drapierbarkeit, Tack und Lagerfähigkeit charakterisiert sowie Aushärtezyklen abgeleitet. Anhand ausgehärteter Laminate erfolgt die mechanische Charakterisierung hinsichtlich Zugeigenschaften, interlaminarer Scherfestigkeit und Schlagzähigkeit sowie die Analyse der Porosität und der Brandeigenschaften.Furan resins based on furfuryl alcohols (polyfurfuryl alcohols) represent an ecologically significant alternative to petrochemical thermosets such as phenolic resins as they are entirely based on renewable raw materials. However, the great ecological and material potential of furan resins for their use as matrix materials in fiber-reinforced plastics (high resistance to heat, chemicals and corrosion, good mechanical properties, advantageous fire behavior, etc.) is not yet being exploited to an economically relevant extent. In particular, the release of water during curing associated with polycondensation is critical and leads to composite parts either being cured very slowly or exhibiting a high degree of porosity, which greatly reduces the mechanical performance. For the research project within the Walter Benjamin-Program, it is hypothesized that purposive pre-curing (B-staging) of furan resin-based semi-finished fiber products (prepregs and towpregs) can reduce the release of water and the associated component porosity to such an extent that components with high thermo-mechanical properties can be produced by short cure cycles. At the same time, however, processing-relevant properties are to be maintained or optimized. As a result, an optimization problem is faced that requires an interdisciplinary approach from polymer chemistry, production engineering and materials science using experiments and material modelling methods. Based on the presented research approach, the overarching project objective persists in the exploration of interactions during the development of furan resin-based prepregs and towpregs with optimized processing properties. This results in two sub-goals to be achieved for the successful implementation of the project: Sub-goal 1 consists in producing the processable semi-finished product by varying the catalyst content, toughening content and B-staging levels. Therefore, model resins made from furfuryl alcohol, maleic anhydride and epoxidized soybean oil are formulated and characterized. The resins are used in combination with a glass fiber reinforcement for the production of semi-finished products and transferred to a defined B-stage based on a modeling approach (cure kinetics). Sub-objective 2 comprises exploring the influence of variation on the processing and component properties achieved. For this purpose, drapability, tack and shelf life are characterized in the B-stage and curing cycles are derived. Cured laminates are used for mechanical characterization with regard to tensile properties, interlaminar shear strength and impact strength as well as for the analysis of porosity and fire resistance.