Plast og nanopartikler er den perfekte kombination

Disse dage, plastkomponenter er afgørende for mange industriområder - letvægtskonstruktion, bilproduktion og elektroteknik, for blot at nævne nogle få. Nu har forskere fundet geniale måder at kombinere plast med nanopartikler og give dem nye egenskaber. Takket være disse innovative materialer, fly kunne fremover være bedre beskyttet mod lynnedslag.

Forestil dig scenen:kulsorte skyer samler sig i horisonten, et fly, der fløj mod stormen … og pludselig splitter et hvidglødende lyn himlen. Det er på ingen måde en sjælden begivenhed, at fly skal passere gennem fronter med dårligt vejr, men når de gør det, der er altid én stor fare - lyn. Naturligt, flyfabrikanter gør alt, hvad de kan for at beskytte deres maskiner mod strejker, men selv fly af aluminium slipper ikke altid helt uskadt. Og når polymerkomponenter - normalt kulfiberforstærket plast (CFRP'er) - indarbejdes i designet som en vægtbesparende foranstaltning, situationen bliver endnu mere problematisk, fordi de ikke leder elektrisk strøm så godt som aluminium.

På Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM i Bremen, Tyskland, forskere har nu udviklet en proces til fremstilling af nye materialer, der skulle give fly bedre beskyttelse mod lynnedslag. De har fokuseret på de unikke materialeegenskaber af carbon nanorør (CNT'er). CNT'er er blandt de stiveste og stærkeste kendte fibre, og har særlig høj elektrisk ledningsevne. For at overføre deres ejendomme til CFRP'er, forskerne har kombineret disse nanopartikler med plastik. "Ved at blande nanopartikler med plastik, vi har været i stand til betydeligt at forbedre sidstnævntes materialeegenskaber, ” siger Dr. Uwe Lommatzsch, projektleder hos IFAM. For blot at give to eksempler, CNT'er bliver brugt til at optimere den elektriske ledningsevne af plast, og deres varmeafledningsegenskaber forbedres ligeledes ved tilsætning af metalpartikler.

Tricket er i blandingsprocessen, siger Lommatzsch:"Mikro- eller nanopartiklerne skal være meget homogene, og nogle gange meget tæt bundet til polymeren." At gøre dette, forskerne anvender plasmateknologi. De bruger et atmosfærisk plasma til at ændre overfladen af ​​partiklerne på en sådan måde, at de lettere kan bindes kemisk med polymeren. En pulserende udledning i et reaktionskammer skaber en reaktiv gas. Lommatzschs kollega, Dr. Jörg Ihde, forklarer:"Vi sprøjter partiklerne - dvs. nanorørene - ind i dette atmosfæriske plasma." De falder straks i det valgte opløsningsmiddel, som derefter kan bruges til at forarbejde polymeren yderligere. Hele proceduren tager kun et par sekunder - en stor fordel i forhold til den gamle metode, hvor CNT'er generelt blev fremstillet i et syrebad under anvendelse af en vådkemisk proces. Det tog flere timer eller dage, krævede betydeligt flere kemikalier, og genererede væsentligt mere affald.

Ud over forbedret kulfiberforstærket plast til brug i flyfremstilling, IFAM-forskerne har flere andre potentielle anvendelser i tankerne. Ihde skitserer et eksempel:"Vi kan øge varmeafledningsegenskaberne af elektriske komponenter ved at give metalpartikler af kobber eller aluminium en elektrisk isolerende belægning i plasmaet og derefter blande dem til en polymer." Denne kan presses på en elektronisk komponent, så varmen afledes direkte. "Overophedning af elementer er et stort problem i elektronikindustrien, ” tilføjer han. Forskerne har også udtænkt en måde at reducere elektromagnetiske tab ved at bruge denne plasmaproces til at belægge bløde magnetiske partikler såsom jern og derefter kombinere dem med plast. Indbygget i elektriske motorer, de reducerer hvirvelstrømstab, dermed forbedre effektiviteten og forlænge levetiden.

IFAM-eksperter vil udstille overflademodificerede kulstofnanorør - som demonstrerer væsentligt forbedret blandbarhed med opløsningsmidler - på K 2010-messen i Düsseldorf, fra 27. oktober til 3. november.