SKZ: Forschungsprojekt – „Polymere Gradienten-Werkstoffe“

Gradientenwerkstoff mit axialer (a) und radialer Gradientenrichtung (b) im Vergleich zu konventionellem Schichtaufbau (c und d).

Ein Kunststoff wird oft erst durch den Einsatz verschiedener Additive und Füllstoffe für bestimmte Anwendungen einsetzbar. Diese liegen normalerweise homogen über den Bauteilquerschnitt verteilt vor. Dabei wäre es in vielen Fällen ausreichend, wenn bestimmte funktionelle Additive lediglich in dem Bereich des Bauteils vorhanden sind, der z.B. aufgrund äußerer Anforderungen eine Modifizierung erfordert. Hier setzen sogenannte Gradientenwerkstoffe an, welche sich durch ein Konzentrationsgefälle an Additiven oder Füllstoffen über den Bauteilquerschnitt auszeichnen. Sie weisen somit keine homogene, sondern eine heterogene Verteilung oder Materialzusammensetzung entlang einer Bauteildimension oder eines bestimmten Abschnitts auf. Der Unterschied zu coextrudierten Bauteilen ist eine kontinuierliche und nicht sprunghafte Änderung der Materialzusammensetzung über den Bauteilquerschnitt (vgl. Abbildung 1).

Aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten an Eigenschaftskombinationen kann diese innovative Werkstoffgruppe in den nächsten Jahren für zahlreiche Anwendungsfelder interessant werden. Zu möglichen Einsatzbereichen von Endlosbauteilen mit radialer Gradierung zählen z.B. Rohre und Profile mit einstellbarem Stabilisatorgehalt in Abhängigkeit der Wandstärke oder Wellenleiter für den Transport von Terahertz-Wellen. Ebenso können neue Farbverläufe für individuelle Designs oder als Verschleißindikator an Bauteilen generiert werden. Durch den Einsatz leitfähiger Additive und Füllstoffe können zukünftig auch Gradientenwiderstände mit leitfähigem Kern und ansteigend isolierender Außenschicht produziert werden.

Im Hinblick auf die außerordentlich vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Gradientenwerkstoffen startete am SKZ ein durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (BStMWIVT) gefördertes Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines Extrusionsverfahrens für die kontinuierliche Herstellung gradierter Endlosbauteile. Innerhalb des Projektes mit einer Laufzeit von zweieinhalb Jahren soll ein innovatives Werkzeug zur Adaption an bestehende Extrusionslinien entwickelt und gebaut werden, das der Industrie die Möglichkeit bieten soll, mit einfachen Mitteln und geringen Kosten gradierte Bauteile herzustellen. Zusätzlich werden in diesem Projekt Verfahren zur Bewertung der Gradierung mittels Inline-Messtechnik entwickelt und integriert sowie Untersuchungen zur Weiterverarbeitung der hergestellten gradierten Bauteile, etwa mittels Klebetechnologien, durchgeführt.

Durch dieses Projekt soll die Palette an innovativen Werkstoffen signifikant erweitert und den interessierten Industrieunternehmen gleichzeitig die Möglichkeit gegeben werden, diese Technologie selbständig in eigenen Extrusionslinien umzusetzen.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Christina Hirt
Tel.: +49 (0) 931 4104-530
c.hirt@skz.de

Weitere Informationen: www.skz.de

SKZ - Das Kunststoff-Zentrum, Würzburg

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