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 Ein Wimpernschlag vom Isolator zum Metall
17.04.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Neues Material macht Kältemaschinen energieeffizienter
10.04.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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