hybridica: Kunststoff in leitender Funktion

Klingt nach verkehrter Welt. Wie es gelingt, Kunststoffe leitfähig zu machen und dabei Produktionskosten zu senken, zeigt das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Materialforschung IFAM vom 11. bis 14. November (Halle C2, Stand 102) auf der hybridica in München.

Gegensätzlicher könnte ein Team kaum sein. Kunststoff ist leicht und preisgünstig, aber stromisolierend. Metall ist belastbar und stromleitend, dafür aber teuer und schwer. Diese Eigenschaften der beiden Werkstoffe ließen sich bisher nicht miteinander vereinen. Das IFAM in Bremen hat eine Lösung erarbeitet, die das Beste beider Welten miteinander verbindet, ohne dass für die Verarbeitung der Bauteile neue Maschinen angeschafft werden müssen.

Die größte Herausforderung für die Forscher war es, den Kunststoff elektrisch leitfähig zu machen. Denn Kunststoff-Metall-Hybride sollen genau dort zum Einsatz kommen, wo Kunststoffbauteile mit Leiterbahnen versehen werden, etwa in Autos oder Flugzeugen. Bisher war dies nur über den Umweg möglich, in einem aufwändigen Verfahren Metallbleche auszustanzen und zu biegen, um sie dann in ein Bauteil zu integrieren.

Die neue Lösung ist einfacher: ein Verbundwerkstoff. Die unterschiedlichen Materialien werden nicht einfach zusammengesteckt oder geklebt, sondern in einem speziellen Verfahren zu einem Stoff zusammengemischt. Durch diesen Prozess entsteht ein homogenes und engmaschiges elektrisch leitendes Netzwerk. Das Gemisch verfügt jetzt über die gewünschte chemische Beständigkeit, geringes Gewicht, elektrische Leitfähigkeit und das Wärmeleitvermögen von Metallen.

Weil das Einarbeiten von Metallleiterplatten in Zukunft nicht mehr nötig ist und sich die Bauteile bald sogar in einem einzigen Arbeitsschritt herstellen lassen, sinken Produktionskosten und Gewicht des Materials um ein Vielfaches.

Vor allem die Automobil- und Flugzeugbauer profitieren von dieser Entwicklung. Die Scheinwerfergehäuse eines Autos etwa sind aus Kunststoff. Um die Glühlampen zum Leuchten zu bringen, werden bisher gestanzte Bleche eingebaut. Werden die Gehäuse mit Leiterbahnen aus den leitfähigen Kunststoff-Metall-Hybriden ausgestattet, ließen sie sich effizienter und günstiger als bisher herstellen.

Viele Bauteile eines Flugzeugs, wie beispielsweise der Rumpf, werden zum Teil aus kohlenstofffaserverstärkten Verbundstoffen (CFK) gefertigt. Es fehlt ihnen allerdings die Fähigkeit elektrischen Strom zu leiten. Ein Blitzeinschlag hätte fatale Folgen. Ein Kunststoff-Metall-Hybrid wäre eine Alternative für Entladungsstrukturen auf Bauteilen.

Auf der hybridica, der internationalen Fachmesse zur Entwicklung und Herstellung hybrider Bauteile, stellen die Forscher das Verfahren vom 11. bis 14. November in München vor (Halle C2, Stand 102).