Elektrisch leitfähige Compounds mit reduzierten Gehalt an leitfähigen Additiven
Projektleiter: Dipl.-Ing. Holger Gunkel
Projektnummer: BMWi/ INNO-KOM-Ost, MF 100106
Laufzeit: 01.03.2011 – 28.02.2013
Aufgabenstellung
Die Zugabe leitfähige Additive zu Kunststoffen erhöhen die Materialkosten und verschlechtern in den meisten Fällen die mechanischen und rheologischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes erheblich.
In dem Forschungsvorhaben wurde untersucht, inwieweit durch gezielte Einlagerung von Additiven in faserverstärkten Compounds der Gehalt an leitfähigen Substanzen gesenkt werden kann und damit Eigenschaftsverbesserungen zu erzielen sind.
Durch zielgerichtetes Blenden eines Matrixpolymers mit einem nicht verträglichen thermoplastischen Kunststoff, einem leitfähigen Füllstoff und Verstärkungsfasern sollten Composites hergestellt werden, die das elektrische und mechanische Eigenschaftsprofil gegenüber herkömmlichen leitfähigen Polymerblends wesentlich verbessern und durch Reduzierung des Bedarfs an leitfähigen Additiven die Herstellungskosten verringern.
Die Verbunde wurden so erzeugt, dass die zweite thermoplastische Komponente mit Kohlenstoffnanoröhren (CNT) gefüllt ist und sich an der Oberfläche von Verstärkungsfasern anordnet. Mit Hilfe einer doppelten Perkolation und eines geringen Volumenanteils der leitfähigen Phase wird ein deutlich niedriger Bedarf an leitfähigen Additiven gegenüber herkömmlichen leitfähigen Compounds angestrebt.
Ergebnisse
Mit Hilfe der entwickelten Technologie gelingt es, die gewünschte elektrische Leitfähigkeit für elektrostatisch dissipatives Verhalten (DIN EN 61340-5-1) bei PP-Spritzgussartikeln bereits mit CNT-Gehalten unter 2 % zu erzielen. Für die Reduzierung des spezifischen Oberflächenwiderstandes von 1014 Ω auf 106 Ω kann der Einsatz von CNT gegenüber herkömmlichen leitfähigen Compounds um ca. 60 % reduziert werden. Die erreichten Leitfähigkeiten gewährleisten den Einsatz im Schutzbereich elektrostatischer Entladung (ESD). Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass die neuen leitfähigen Compounds eine höhere Kerbschlagzähigkeit gegenüber ungefüllten und auch gegenüber herkömmlich leitfähig ausgerüstetem PP aufweisen.
Anwendungen
Die Forschungsergebnisse liefern notwendige Kenntnisse zum Eigenschaftspotenzial und Herstellungsverfahren dieser Werkstoffe und können damit einen wertvollen Beitrag zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten von elektrisch leitfähigen Kunststoffen in explosionsgeschützten Anwendungsgebieten leisten. Das entwickelte Material kann vor allem in den Marktsegmenten Gehäuse, Behälter, Rohrleitungen, Kanäle, Verpackungen, Maschinen- und Funktionsteile zur Anwendung kommen, wobei für mittelständische Unternehmen insbesondere die Reduzierung der Einsatzmenge an Carbon-Nanotubes oder der Ersatz rußgefüllter Compounds außerordentlich interessant sein kann.