FFD IM - Freudenberg Forschungsdienste SE & Co. KG

Kohlenstoffnanoröhren in elastomeren Werkstoffen
10 Kohlenstoffnanoröhren in elastomeren Werkstoffen
soll ein Einblick in die interessantesten Ergebnisse gegeben werden,
die im Rahmen dieses Projektes in den Abteilungen Polyurethane
und Elastomere der FFD erarbeitet wurden.
Eine Herausforderung, die sich bei der Einarbeitung von CNTs in
hochviskose Materialien wie Kautschuk oder thermoplastische
Schmelzen immer wieder stellt, ist das Aufbrechen der CNT-Agglomerate,
die in folge der starken Wechselwirkungen zwischen den
CNTs vorhanden sind. Für die beiden Materialklassen Elastomere
und thermoplastische Polyurethane (TPUs) wurde in umfangreichen
Vorversuchen der jeweils optimale Dispersionsprozess ermittelt. Im
Falle von Elastomeren erwies sich der Weg über einen speziellen
Prozess der Masterbatchherstellung, im Falle von TPUs der Weg über
die direkte Einarbeitung am Extruder als besonders vorteilhaft. Abbildung
1 zeigt exemplarisch die exzellente Verteilung von CNTs in
Abb. 1: SEM Aufnahme der Verteilung von 2,5 vol% CNTs in TPU nach der Compoundierung,
20000 fache Vergrößerung. Die CNTs erscheinen weiß, da sie sich
im Elektronenstrahl wesentlich stärker aufladen als das umgebende TPU
einem TPU-Material.
Die Dispergierbarkeit von CNTs in Elastomeren ist stark abhängig von
der Grundviskosität und Polarität der Elastomermatrix. Aus diesem Grund
kommt es zu sehr unterschiedlichen Verstärkungseffekten in den verschiedenen
Kautschuken. Den bisher größten Einfluss auf die Eigenschaften des
Materials zeigen CNTs in Fluorkautschuken (FKM). Abbildung 2 zeigt die
deutlich verbesserte mechanische Verstärkung durch CNTs im Vergleich zu
handelsüblichem inaktivem Ruß, Graphit und hochaktivem Ruß.