Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vielseitiges Werkzeug: Blockcopolymere verbessern Hafteigenschaften von Kunststoffen

15.04.2015

Auf die Grenzflächen und ihr Design kommt es an, wenn Polymere in neuen Anwendungsfeldern zum Einsatz kommen oder verschiedene Materialien auf innovative Art kombiniert werden. Als ein sehr vielseitiges Werkzeug hierfür haben sich Blockcopolymere erwiesen, die der Forschungsbereich Kunststoffe des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickelt. Bei entsprechendem Design lagern sich die Blockcopolymere in der Grenzfläche an und verbessern damit das Eigenschaftsprofil der mehrphasigen Polymersysteme.

Die Blöcke der Copolymere passt das Institut für die Materialien, die kombiniert werden müssen, an und entwickelt für eine Vielzahl unterschiedlicher Polymere maßgeschneiderte Lösungen. Darunter sind beispielsweise auch Polyolefine oder Polykondensate, bei denen die Synthese von Blockcopolymeren sehr anspruchsvoll ist. Auch für die Anbindung von Polymeren auf Oberflächen verschiedener Materialklassen, wie zum Beispiel anorganische und organische Füllstoffe und Fasern sowie Glas, Keramik- oder Metalloberflächen, lassen sich geeignete funktionelle Ankergruppen in den Kompatibilisierer integrieren. Mit Blockcopolymeren als Haft- und Phasenvermittler kann das Fraunhofer LBF die mechanischen, physikalischen oder optischen Eigenschaften verschiedener Materialien verbessern. Aktuell optimiert das Institut beispielsweise thermoplastische Elastomere, die Schlagzähmodifizierung von spröden Polymeren, aber auch die Haftung zwischen Polymeren und Materialien anderer Klassen.


Funktionsweise der Haftvermittler

Fraunhofer LBF


Chemische Synthese der Blockcopolymeren im Labor.

Fraunhofer LBF, Hessen schafft Wissen

Haftvermittler für Polymer-Metallverbunde entwickelt

Rund um die Mobilität geht der Trend zum Leichtbau: Immer mehr Bauteile aus Metall werden durch solche aus Kunststoff ersetzt. Um das Beste aus den beiden Werkstoffen herauszuholen, werden Metalle und Kunststoffe in Form von Werkstoffverbunden oder Hybridbauteilen kombiniert. Problematisch dabei ist jedoch oft die unzureichende Haftung zwischen Kunststoffen und Metallen. Der Forschungsbereich Kunststoffe des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF erkannte ein erhebliches Potential, die Hafteigenschaften zwischen Kunststoffen und Metallen zu verbessern – und damit auch die Leistungsfähigkeit der Verbunde und Hybride. Das Institut entwickelte und testete neue, selbstentwickelte, maßgeschneiderte Haftvermittler, die die Festigkeit der zahlreichen Arten von Polymer-Metall-Grenzflächen verbessern. Dazu zählen beispielsweise die Kombinationen von Stahl, Aluminium, Titan oder Kupfer mit schlagzähmodifizierten Thermoplasten, Hochleistungspolymeren oder thermoplastischen Elastomeren.

Hybrid- oder Verbundbauteile werden häufig durch An- oder Hinterspritzen einer Kunststoffschmelze an ein Metallteil hergestellt. Dauerhaft beständige Verbindungen werden dabei meist konstruktiv durch Formschluss erzielt. Alternativ werden auch Haftvermittler eingesetzt, die allerdings üblicherweise nicht hinreichend individuell auf die eingesetzten Komponenten abgestimmt sind.

Bei den im Fraunhofer LBF entwickelten Haftvermittlern handelt es sich um partiell funktionalisierte Polymere, die mit der Metalloberfläche eine kovalente Bindung eingehen können. Die nicht-funktionalisierten Teile der Haftvermittler sind mischbar oder identisch mit dem Polymer, das mit einem Metallteil verbunden werden soll. Diese Haftvermittler werden zunächst aus einer Lösung, zum Beispiel durch Tauchen, Streichen oder Sprühen, auf eine Metalloberfläche aufgetragen. Wird nach dem Abdampfen des Lösungsmittels die so vorbehandelte Metalloberfläche mit einer Polymerschmelze in Kontakt gebracht, bilden die Ankergruppen der Haftvermittler eine chemische Verbindung zur Metalloberfläche aus. Die nicht funktionalisierten Teile des Haftvermittlers verschlaufen mit der Polymerschmelze.

Festigkeit der Grenzflächen erhöht

In verschiedenen mechanischen Tests, beispielsweise mit Zug-, Zugscher- oder Schälversuchen, untersuchten die Wissenschaftler die Festigkeiten unterschiedlicher Prüfkörper aus Metall und Kunststoff. Ergebnis: In allen Fällen fanden sie eine erhöhte Festigkeit der Grenzfläche zwischen Kunststoff und Metall, wenn die metallische Oberfläche mit den entwickelten Haftvermittlern vorbehandelt wurde. Mit bildgebenden und spektroskopischen Untersuchungen der Bruchflächen konnten die LBF-Wissenschaftler zeigen, dass ein Materialversagen nicht in der Grenzfläche stattfindet, da auf der Metalloberfläche stets eine Polymerschicht verbleibt.

Über den Forschungsbereich Kunststoffe im Fraunhofer LBF

Mit dem Forschungsbereich Kunststoffe, hervorgegangen aus dem Deutschen Kunststoff-Institut DKI, begleitet und unterstützt das Fraunhofer LBF seine Kunden entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Polymersynthese über die Formulierung des Werkstoffs, seine Verarbeitung und das Produktdesign bis hin zur Qualifizierung und Nachweisführung von komplexen sicherheitsrelevanten Leichtbausystemen. Der Forschungsbereich ist spezialisiert auf das Management kompletter Entwicklungsprozesse und berät seine Kunden in allen Entwicklungsstufen. Hochleistungsthermoplaste und Verbunde, Duromere, Duromer-Composites und Duromer-Verbunde sowie Thermoplastische Elastomere spielen eine zentrale Rolle. Der Bereich Kunststoffe ist ein ausgewiesenes Kompetenzzentrum für Additivierungs-, Formulierungs- und Hybrid-Fragestellungen. Umfassendes Know-how besteht in der Analyse und Charakterisierung von Kunststoffen und deren Veränderung während der Verarbeitung sowie in der Methodenentwicklung zeitaufgelöster Vorgänge bei Kunststoffen.

http://www.lbf.fraunhofer.de

Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neues Verständnis der Defektbildung an Silizium-Elektroden
06.07.2020 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Das leichteste elektromagnetische Abschirmmaterial der Welt
02.07.2020 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Neues Verständnis der Defektbildung an Silizium-Elektroden

Theoretisch lässt sich das Speichervermögen von handelsüblichen Lithiumionen-Batterien noch vervielfachen – mit einer Elektrode, die auf Silizium anstatt auf Graphit basiert. Doch in der Praxis machen solche Akkus mit Silizium-Anoden nach wenigen Lade-Entlade-Zyklen schlapp. Ein internationales Team um Forscher des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung hat jetzt in einzigartiger Detailgenauigkeit beobachtet, wie sich die Defekte in der Anode ausbilden. Dabei entdeckten sie bislang unbekannte strukturelle Inhomogenitäten in der Grenzschicht zwischen Anode und Elektrolyt. Die Erkenntnisse sind in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen.

Silizium-basierte Anoden können in Lithium-Ionen-Akkus prinzipiell neunmal so viel Ladung speichern wie der üblicherweise verwendete Graphit, bei gleichem...

Im Focus: Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt

Ein internationales Team von Wissenschaftern aus Österreich, Deutschland und der Ukraine hat ein neues supraleitendes System gefunden, in dem sich magnetische Flussquanten mit Geschwindigkeiten von 10-15 km/s bewegen können. Dies erschließt Untersuchungen der reichen Physik nichtlinearer kollektiver Systeme und macht einen Nb-C-Supraleiter zu einem idealen Materialkandidaten für Einzelphotonen-Detektoren. Die Ergebnisse sind in Nature Communications veröffentlicht.

Supraleitung ist ein physikalisches Phänomen, das bei niedrigen Temperaturen in vielen Materialien auftritt und das sich durch einen verschwindenden...

Im Focus: Elektronen auf der Überholspur

Solarzellen auf Basis von Perowskitverbindungen könnten bald die Stromgewinnung aus Sonnenlicht noch effizienter und günstiger machen. Bereits heute übersteigt die Labor-Effizienz dieser Perowskit-Solarzellen die der bekannten Silizium-Solarzellen. Ein internationales Team um Stefan Weber vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz hat mikroskopische Strukturen in Perowskit-Kristallen gefunden, die den Ladungstransport in der Solarzelle lenken können. Eine geschickte Ausrichtung dieser „Elektronen-Autobahnen“ könnte Perowskit-Solarzellen noch leistungsfähiger machen.

Solarzellen wandeln das Licht der Sonne in elektrischen Strom um. Dabei wird die Energie des Lichts von den Elektronen des Materials im Inneren der Zelle...

Im Focus: Electrons in the fast lane

Solar cells based on perovskite compounds could soon make electricity generation from sunlight even more efficient and cheaper. The laboratory efficiency of these perovskite solar cells already exceeds that of the well-known silicon solar cells. An international team led by Stefan Weber from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz has found microscopic structures in perovskite crystals that can guide the charge transport in the solar cell. Clever alignment of these "electron highways" could make perovskite solar cells even more powerful.

Solar cells convert sunlight into electricity. During this process, the electrons of the material inside the cell absorb the energy of the light....

Im Focus: Das leichteste elektromagnetische Abschirmmaterial der Welt

Empa-Forschern ist es gelungen, Aerogele für die Mikroelektronik nutzbar zu machen: Aerogele auf Basis von Zellulose-Nanofasern können elektromagnetische Strahlung in weiten Frequenzbereichen wirksam abschirmen – und sind bezüglich Gewicht konkurrenzlos.

Elektromotoren und elektronische Geräte erzeugen elektromagnetische Felder, die bisweilen abgeschirmt werden müssen, um benachbarte Elektronikbauteile oder die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz QuApps zeigt Status Quo der Quantentechnologie

02.07.2020 | Veranstaltungen

Virtuelles Meeting mit dem BMBF: Medizintechnik trifft IT auf der DMEA sparks 2020

17.06.2020 | Veranstaltungen

Digital auf allen Kanälen: Lernplattformen, Learning Design, Künstliche Intelligenz in der betrieblichen Weiterbildung, Chatbots im B2B

17.06.2020 | Veranstaltungen

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

Genduplikation und Krankheiten: Die Kehrseite von Spezialisierung

06.07.2020 | Biowissenschaften Chemie

Darmbakterien verbessern Prognose von Typ-2-Diabetes

06.07.2020 | Biowissenschaften Chemie

Lichtorgel im Ohr: Erstmals Einsatz von vielkanaligen Cochlea-Implantaten mit Mikro-Leuchtdioden

06.07.2020 | Medizintechnik

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