Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Graphen für verbesserten Flammschutz von Kunststoffen

15.03.2013
Durch Zusatz von lediglich 0,5 bis zwei Prozent des Kohlenstoffmoleküls Graphen gelang es, den Flammschutz von Kunststoffen zu optimieren.

Damit erweise sich das nur aus einer oder wenigen Atomlagen bestehende Graphen als ein vielversprechender neuer Hilfsstoff für einen halogenfreien Flammschutz von Kunststoffen, berichtet Bernhard Schartel von der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin.

Im Vergleich zu anderen, bereits kommerziell erhältlichen Kohlenstoffpartikeln, wie mehrwandigen Nanoröhrchen oder Ruß, konnten die Forscher die Vorteile von Graphen für den Flammschutz aufzeigen.

„Das Reizvolle von Graphen ist sein Multifunktionscharakter. Es gelingt mit geringen Mengen gleichzeitig den Flammschutz, die mechanischen Eigenschaften und die Leitfähigkeit zu verbessern“, sagt Projektleiter Schartel. Als spannend erachtet Schartel auch die Eigenschaft als Antitropfmittel. Graphen ist eng mit Graphit verwandt. Graphen besteht nur aus einer Lage von Kohlenstoffatomen und ist extra dünn. Obwohl die aus wenigen Graphenlagen bestehenden Werkstoffe seit mehr als 100 Jahren bekannt und als Bleistiftstrich auf Papier allgegenwärtig sind, wird erst seit wenigen Jahren an der Entwicklung von Anwendungen von Graphenen gearbeitet.

Auslöser dieser Aktivitäten war, dass an einzelnen Atomlagen des bienenwabenförmig strukturierten Kohlenstoffmoleküls herausragende Materialeigenschaften gemessen werden konnten. Graphen ist ein im Verhältnis zu seiner Dicke von nur einem dreimillionstel Millimeter ein extrem großflächiges, zweidimensionales Molekül mit Abmessungen von einem Millimeter. Es ist transparent, extrem elektrisch leitfähig, chemisch beständig und weist zudem eine hohe mechanische Beständigkeit auf. Darüber hinaus zeigt es eine hohe Undurchlässigkeit gegenüber Gasen und Flüssigkeiten – alles Eigenschaften, die es, so die Einschätzung der Wissenschaftler, zu einem Hoffnungsträger für die Entwicklung neuer Hochleistungswerkstoffe machen.

Um Graphene und die ebenso interessanten Multilayer-Graphene (welche aus wenigen Lagen von Graphen bestehen) für neue Anwendungen, beispielsweise für verstärkte oder flammgeschützte Kunststoffe verfügbar zu machen, ist die BAM auch bei der Entwicklung neuer Herstellungsverfahren aktiv. Diese haben das Ziel, die derzeit noch extrem hohen Herstellungskosten von Graphenen zu senken und neue Materialqualitäten bereitzustellen. Unter der Leitung des BAM-Wissenschaftlers Asmus Meyer-Plath werden dazu Hochtemperaturverfahren entwickelt, die Graphene durch eine explosionsartige Zerteilung der Graphenvorstufe Graphitoxid erzeugen. Ein neuartiges plasmabasisertes Zerteilungsverfahren erlaubt hingegen, direkt aus Graphit weniger als einen Zehntausendstel Millimeter (oder 0,0001 mm) kleine Graphitflocken herzustellen. „Diese sind zwar dicker als Multilayer-Graphen, könnten aber zum Beispiel als Schmiermittel sehr interessant sein“, sagt Meyer-Plath.

Die Aktivitäten der BAM werden im Rahmen des Institutsforschungsverbundes „FUNgraphen“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und von einem Industriebeirat begleitet. Zum Forscherteam „FUNgraphen“ gehören neben der BAM, das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg unter Leitung von Andreas Kailer, der Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth von Prof. Volker Altstädt und das Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) der Albert-Ludwigs-Universität mit den Arbeitskreisen der Professoren Christian Friedrich, Michael Moseler und Rolf Mülhaupt.

Durch die Zusammenarbeit mit der Industrie ist es dem Verbund gelungen, weitere interessante Ergebnisse zu erarbeiten: In Bayreuth konnten zum Beispiel durch den Zusatz von Graphen die Zellgrößen von Polystyrol-Schäumen erheblich verkleinert werden. Im Ergebnis wird so eine neue Qualität der Wärmedämmwirkung von Schaumstoffen möglich, die beim Einsatz in der Gebäudeisolation zur Verminderung von Heizkosten beitrüge.

Der Arbeitsgruppe von Prof. Rolf Mülhaupt vom Freiburger FMF gelang es, durch die Einarbeitung von Graphenen in Kunststoffe und Gummi, diese Werkstoffe mechanisch zu verstärken und zugleich elektrisch leitfähig und gasdichter zu machen, als es bisher mit Kohlenstoffpartikeln möglich war. Auf diese Weise können sie „dazu beitragen, die Ressourcen- und Energieeffizienz von Kunststoffen erheblich zu steigern“, sagt der geschäftsführende Direktor des FMF Prof. Rolf Mülhaupt, der auch Koordinator sowie Sprecher des Verbundes FUNgraphen ist. Die neuen Materialien gelten auch als vielversprechend für einen Einsatz in Benzintanks und Kraftstoffleitungen, aber auch in Leichtlauf-Autoreifen. Den Freiburgern ist es zudem gelungen, die Graphen-Herstellung in größeren Mengen durchzuführen.

Weitere Infos:
https://portal.uni-freiburg.de/fungraphen
Kontakt für Flammschutzaspekte von Graphen:
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. habil. Bernhard Schartel
Abteilung 7 Bauwerkssicherheit
E-Mail: Bernhard.Schartel@bam.de
Kontakt für die Graphenherstellung mit Plasmaverfahren:
Dr. rer. nat. Asmus Meyer-Plath
Abteilung 6 Materialschutz und Oberflächentechnik
E-Mail: Asmus.Meyer-Plath@bam.de

Dr. Ulrike Rockland | idw
Weitere Informationen:
http://www.bam.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter
23.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Materialwissenschaft: Widerstand wächst auch im Vakuum
22.06.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie