Seitenbereiche:



Menü des aktuellen Bereichs:

Zusatzinformationen:

News

Where to find us

Hier den Alternativtext zum Bild eingeben!

HF-Gebäude, Nordtrakt, Erdgeschoß ...  mehr zu Where to find us (Titel)


Positionsanzeige:

Inhalt:

Charakterisierung und aktive Beeinflussung von leitfähigen Elastomermischungen

Dipl.-Ing. Helmut Wernick

Dipl.-Ing. Helmut Wernick

Elektrisch leitfähige Kunststoffe können in intrinsisch leitfähige Kunststoffe und nichtleitende Kunststoffe mit leitfähigen Zuschlagsstoffen eingeteilt werden. Als Zuschlagsstoffe kommen häufig metallische Partikel, Nanopartikel wie Carbon Nanotubes oder Ruß zum Einsatz. Intrinsisch leitfähige Kunststoffe sind Polymere, bei denen eine geringe Leitfähigkeit über konjugierte Doppelbindungen erreicht wird.

In diesem Forschungsprojekt liegt der Fokus auf der Charakterisierung von rußgefüllten Elastomeren bestehend aus Naturkautschuk (cis-1,4-Polyisopren). Als Füllstoff und zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften wird ein hochleitfähiger Ruß eingesetzt. Die besondere Leitfähigkeit des Rußes ist abhängig von der Porosität und der Partikelgröße, beispielweise erfüllt der eingesetzte Ruß Ketjenblack EC300J die geforderten Eigenschaften.

Die Materialeigenschaften und die Leitfähigkeit werden maßgeblich von den Verarbeitungsprozessen bestehend aus dem Zusammenmischen der Grundbestandteile, dem Kneten, Kalandern und Vulkanisieren beeinflusst. Abbildung 1 zeigt die Leitfähigkeit einer Elastomermatte, welche in einer Vulkanisierpresse gefertigt wurde. Deutlich ist rund um die Entlüftungsbohrungen des Presswerkzeuges ein geändertes Fließverhalten im Material zu erkennen, welches starken Einfluss auf die Homogenität der Leitfähigkeitsverteilung innerhalb des Gummis hat. Für manche Applikationen, wie zum Beispiel flexible Heizmatten, ist jedoch eine besonders geringe Variation in der Leitfähigkeit auch auf größeren Flächen notwendig.

Mittels Dielektrophorese können gezielt Inhomogenitäten und Anisotropien im Material eingebracht werden, welche dazu genutzt werden können, Sensoren oder z. Bsp. Wasserzeichen unsichtbar zu integrieren. Dieses Verfahren beruht auf der Kraftwirkung auf elektrisch polarisierbare Teilchen in einem extern aufgebrachten, inhomogenen elektrischen Feld. In diesem Fall richten sich die Rußteilchen entlang der elektrischen Feldlinien zu Leitfäden aus und erzeugen so Bereiche mit geänderter Leitfähigkeit. Abbildung 2 zeigt die Leitfähigkeitsverteilung in einer Elastomerprobe, die in einem Teilbereich senkrecht zur Ebene polarisiert wurde. Die isotrope Leitfähigkeit wird mit diesem Verfahren zu einer tensoriellen Größe. Zur Messung der Leitfähigkeit wurde die Probe in der Ebene bestromt.

Im Rahmen dieser Arbeit werden Modelle und Verfahren zur Analyse und zur kontrollierten Einstellung der Leitfähigkeitsverteilung entwickelt, welche die kommerzielle Verarbeitung dieses Werkstoffs zulassen.

Abbildung 1: Inhomogene Leitfähigkeitsverteilung entstanden durch Entlüftungsbohrungen im Vulkanisierpresswerkzeug.

Abbildung 1: Inhomogene Leitfähigkeitsverteilung entstanden durch Entlüftungsbohrungen im Vulkanisierpresswerkzeug.

Abbildung 2: Durch Dielektrophorese eingeprägte Verminderung der ebenen Leitfähigkeit in einem Teilbereich der Probe.

Abbildung 2: Durch Dielektrophorese eingeprägte Verminderung der ebenen Leitfähigkeit in einem Teilbereich der Probe.