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Nanokomposite - neue Polymermaterialien

Für die Herstellung polymerbasierter Nanokomposite werden sowohl nichtreaktive Compoundierprozesse, als auch Verfahren mit Integration von Polymermatrix- bzw. Nanopartikelbildung (in situ Prozesse) Anwendung finden, wobei die nichtreaktiven Verfahren vorzugsweise bei mittelständischen Compoundierunternehmen und die Reaktivprozesse direkt beim Polymerhersteller durchgeführt werden. Nanometrische Polymeradditive bieten dabei dem Compoundierer noch mehr Möglichkeiten zur applikationsspezifischen Materialadaption im Vergleich zu den mikrometrischen Füll- und Verstärkungsmaterialien. Aber auch für die Polymerhersteller ergeben sich mit den in situ Prozessen zur Herstellung von Nanokompositen neue Märkte für hochwertige Materialien.

Im Fraunhofer IAP werden gegenwärtig vorzugsweise in situ Prozesse bearbeitet, wobei sowohl organische Nanopartikel in einer Thermoplastmatrix, als auch in einer Polymermatrix in situ generiert werden. So konnten hochgefüllte Polypropylen/Melaminharz-Verbundmaterialien entwickelt werden, bei denen sphärische Aminoharzpartikel mit d<100 nm in einer Polypropylenmatrix unter hochscherenden Bedingungen im Doppelschneckenextruder gebildet werden. Die Kondensation des netzwerkbildenden Polymers mit Bildung kompakter Partikel erfolgt unter Separierung des Aminoharzes aus der Thermoplastphase. Die Größe der Melaminharzpartikel resultiert aus technologischen (Verweilzeit, Temperaturprofil, Scherung), apparatetechnischen (Schneckendesign) und materialspezifischen Parametern. Insbesondere die Struktur des schmelzbaren Präkondensates bietet über Netzwerkdichte (Komponentenverhältnis Melamin/Formaldehyd), Kompatibilität zu der Thermoplastkomponente (Acetalisierung der Methylolgruppen mit Alkoholen, Cokondensation mit hydrophoben Melaminderivaten) und Reaktivität des Harzes (Verhältnis Methylol- zu Alkoximethylgruppen) zur Adaption der Verbundeigenschaften an spezielle Materialanforderungen. Die Materialien sind durch Moduli von 2-3 GPa bei Zugfestigkeiten von 35 MPa und Bruchdehnungen von 2-8 % selbst bei Partikelkonzentrationen über 50 Masse-% gekennzeichnet.

Bei Gusspolyamid, hergestellt durch anionische Polymerisation von ε-Caprolactam, werden durch Zugabe von SiO2-Nanopartikeln (Aerosil der Degussa AG) nicht nur ausgewählte Materialeigenschaften des Polymers angehoben, sondern auch die Viskosität der Monomerschmelze lässt sich bereits durch geringe Partikelkonzentrationen so erhöhen, dass unerwünschte Sedimentationen zugesetzter Additive vermieden bzw. stark verzögert werden. Damit wurden im Fraunhofer IAP wesentliche Voraussetzungen für die Herstellung von Verbundwerkstoffen auf Basis von Gusspolyamid erarbeitet, die neue Applikationen für das in situ Verfahren sowie die damit hergestellten Materialien eröffnen.

zur Homepage des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung im Wissenschaftspark Golm

Link zur Homepage der Nachwuchsgruppe "Polymere Nanotechnologie für Life Sciences"

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