Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Durchgewirbelt: Pulverbeschichtung im Plasma ist Grundlage für Neue Materialien

05.03.2002


Projektmitarbeiter Dr. Brüser kontrolliert die Abscheidung der Fasern


Plasma in der Wirbelschichtanlage


Farben, die wie Seifenblasen in der Sonne schillern oder High-Tech-Werkstoffe zum günstigen Preis: Deutschlands nordöstlichstes Leibnizinstitut forscht an Neuen Materialien. In einer Plasma-Wirbelschichtanlage verändern Wissenschaftler des Institutes für Niedertemperatur-Plasmaphysik (INP) die Oberflächen neuartiger Grafitfasern für die Produktion leistungsfähiger Verbundwerkstoffe. In kleinsten Mengen erfolgreich erprobt, soll die Plasmabehandlung von Pulvern und Fasern nun mit größerem Materialumsatz funktionieren. Das könnte der Werkstoffindustrie eine ganz neue Dimension eröffnen.

Winzig kleine Grafitfasern schwirren durcheinander, das Plasma wird gezündet und leuchtet rötlich. Am Institut für Niedertemperatur-Plasmaphysik startet ein Experiment in der Wirbelschichtanlage zur Bearbeitung von Pulvern. Im Plasma hoch angeregte Sauerstoffmoleküle verändern die Oberfläche der Fasern. "Wir arbeiten daran, eine Vision zu verwirklichen, die vor allem für Kunststoffverarbeiter attraktiv ist: die Funktionalisierung von Kohlefasern," sagt Projektmitarbeiter Dr. Volker Brüser. Gebraucht werden diese für außergewöhnlich stabile und trotzdem sehr leichte faserverstärkte Kunststoffe. Solche Verbundwerkstoffe werden in der Raumfahrt, im Flugzeugbau oder für besonders edle Sportgeräte schon heute verwendet, wobei die Produktion der Kohlefasern aufwändig und teuer ist. "Wir arbeiten aber mit neuartigen Kohlefasern, sog. Vapour Grown Carbon Fibre, (VGCF)," erklärt Dr. Brüser. "Die können in hoher Qualität so günstig produziert werden, dass man erstmals an die Massenproduktion hochwertiger Verbundwerkstoffe denken kann."

Dazu muss aber ein geeignetes Verfahren zur Vorbehandlung der Fasern zur Verfügung stehen. "Die Kohlefasern müssen vor ihrer Weiterverarbeitung zu Verbundwerkstoffen durch die Anlagerung von Sauerstoff chemisch aktiviert werden, weil sie sich sonst nicht richtig mit dem Kunststoff verbinden," erklärt Dr. Brüser. Übertrage man die üblichen Verfahren zur Oxidation der Kohlefasern auf VGCF, führe dies nicht immer zu befriedigenden Ergebnissen, mitunter sogar zu einer Beschädigung der Fasern. Gute Ergebnisse brachte die Plasmabehandlung von Pulvern und Fasern im Labormaßstab. Größtes Problem war zunächst, die Oberflächen aller Teilchen gleichmäßig dem Plasma auszusetzen. Im Labor wurde gerührt, gerüttelt und geschüttelt, bis sich die Wirbelschichtanlage als geeignet erwies. Gas und Pulver werden besonders gut durchmischt und die Behandlungszeit auf wenige Sekunden verkürzt. Um eine Wirbelschicht zu erzeugen, wird durch ein Sieb jenes Gas in den Behandlungsraum geblasen, das auf der Pulveroberfläche die gewünschten Effekte hervorzurufen imstande ist. Das kann einfach Luft sein, wie im Fall der Grafitfasern. Wenn nun die Anströmung des Gases die Gewichtskraft der winzigen Körnchen ausgleicht, entsteht eine Wirbelschicht. Dann wird das Plasma gezündet, d.h. das Gas wird im Mikrowellen- oder Hochfrequenzfeld angeregt und so die Oberflächenreaktion in Gang gesetzt: Im Feld beschleunigte Elektronen spalten Moleküle und lagern deren chemisch aktive Bruchstücke an die Faseroberfläche an.

Dieses Verfahren von Laborgröße auf industrielle Maßstäbe zu übertragen ist eine Herausforderung an die Plasmatechnik. Große Pulvermengen müssen gleichmäßig und schnell behandelt werden. Dazu wurde die Wirbelschichtanlage des INP so eingerichtet, dass bei laufendem Betrieb kontinuierlich Grafitfasern zu- und abgeführt werden können. Die Größe der Anlage ist bereits so bemessen, dass eine Industrieanlage nach dem gleichen Prinzip aufgebaut sein könnte. Noch bis 2003 können die Wissenschaftler mit dieser Pilotanlage Erfahrungen sammeln, so lange läuft ein Forschungsprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert wird.

Dann sollen die Erkenntnisse auch dazu genutzt werden, weitere Anwendungsmöglichkeiten für plasmabehandelte Pulver oder Fasern zu erschließen. Denkbar ist vieles: Man gibt Kunststoffen oder anderen Materialien als Pulver oder Granulat bestimmte Oberflächenfunktionen, die sie nach ihrer Verarbeitung zu einem Formteil behalten. Das ist besonders vorteilhaft, wenn großformatige Teile veredelt werden sollen, z.B. Schiffsrümpfe. Bisher müssen die Plasmaanlagen an die Größe des Formteils angepasst werden, um die Oberflächen der Teile beispielsweise für eine spätere Lackierung vorzubereiten. Oder in der Pharmaindustrie: Die Geschwindigkeit, mit der Tabletten ihre medizinischen Wirkstoffe abgeben, könnte gesteuert werden, indem man den pulverförmigen Wirkstoff mit einer wasserabweisenden Schicht umhüllt. Farbhersteller könnten mittels plasmabehandelter Zusätze oder Farbpartikel völlig neue Effekte erzielen, wie eine Farbe, die wie eine Seifenblase im Sonnenlicht schillert. Die Wirbelschichtanlage des INP ist ein wichtiger Schritt in Richtung dieser neuen Dimension von Plasmaanwendungen.

Anke Wagner | idw

Weitere Berichte zu: Faser Grafitfaser Kohlefaser Plasma Verbundwerkstoff Wirbelschichtanlage

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt
25.05.2018 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

nachricht Nanopartikel aus Kläranlagen - vorläufige Entwarnung
02.05.2018 | Universität Siegen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Breitbandservices von DNS:NET erweitert

20.06.2018 | Unternehmensmeldung

Mit Parasiten infizierte Stichlinge beeinflussen Verhalten gesunder Artgenossen

20.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics