Hybridschaum schluckt bis zu zehnmal mehr Energie

Durch ein neuartiges Fertigungsverfahren entsteht im Inneren eines Schaums ein elastisches Kunststoffnetzwerk. Das Kompositmaterial soll künftig in Schutzsystemen, Fahrzeugen und anderen Anwendungen eingesetzt werden.

Ein Forschungsteam der Texas A&M University und des DEVCOM Army Research Laboratory hat ein neuartiges Schaumkomposit entwickelt, das deutlich mehr Energie aufnehmen kann als herkömmliche Polsterstoffe. Das Material kombiniert einen offenporigen Schaum mit einem im Inneren erzeugten Netzwerk elastischer Kunststoffstreben. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Composite Structures veröffentlicht.

Demnach kann der Hybridwerkstoff bis zu zehnmal mehr Energie absorbieren als konventionelle Polsterungen. Grundlage ist ein Verfahren namens In-Foam Additive Manufacturing (IFAM), bei dem mittels additiver Fertigung ein elastisches Kunststoffgerüst direkt in den Schaum eingebracht wird. Die resultierenden Strukturen bilden ein dreidimensionales Netzwerk, dessen Eigenschaften sich durch Parameter wie Durchmesser, Abstand, Winkel oder Elastizität gezielt einstellen lassen.

Strukturierte Zusammenarbeit im Material

Die hohe Energieaufnahme des Komposits beruht darauf, dass Schaum und Kunststoffstreben unter Belastung gemeinsam wirken. In einer frühen Belastungsphase stabilisiert der Schaum die Strukturen, um ein vorzeitiges Knicken zu verhindern. Mit zunehmender Kompression leiten die Streben Kräfte in die umgebenden Bereiche weiter. Dadurch wird die Last verteilt und die mechanische Belastbarkeit erhöht.

Potenzial für militärische und zivile Anwendungen

Das Projekt ist Teil einer militärischen Forschungsförderung. Energieabsorbierende Materialien spielen den Angaben zufolge unter anderem in ballistischen Helmen und Sitzpolstern militärischer Fahrzeuge eine zentrale Rolle. Das neue Komposit sei leicht, anpassbar und könne die Schutzwirkung bestehender Systeme erhöhen, ohne das Gewicht deutlich zu steigern.

Auch zivile Einsatzfelder werden untersucht. Potenzielle Anwendungen reichen von Schutzhelmen im Sport- und Verkehrsbereich über crashrelevante Fahrzeugstrukturen bis hin zu Polsterungen in Sitzen. Darüber hinaus prüfen die Forschenden, inwieweit das Material für akustische Dämpfung genutzt werden kann. Die innere Struktur des Hybridschaums könnte demnach so angepasst werden, dass bestimmte Frequenzen und Vibrationen gezielt gedämpft werden.