Einsatz von auf Graphen basierenden Füllstoffen zur Herstellung von neuartigen Elastomerkompositen. Abschlussbericht zum Projekt ELAGRA - Elastomer Komposite auf Basis von Graphenen. Laufzeit des Vorhabens: 01.08.2010 - 30.04.2013
(German)
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Zunächst wurde durch ein groß angelegtes Screening die Verfügbarkeit von Füllstoffen als Basis für Graphen-Elastomerkomposite untersucht. Neben der Erkenntnis, dass der Erwerb von realen reinen Graphenen - also monolagige 2D Kohlenstoffkristalle -aufgrund der enormen Kosten nicht realistisch ist, konnte aufgezeigt werden, dass es ein großes Spektrum an graphenartigen Carbon-Füllstoffen gibt, die eingesetzt werden können. Hierbei handelt es sich um unterschiedliche Klassen von Spezial-Graphiten, expandierten Graphiten und Graphen-Nanoplatelets bzw. Graphen- Nanopowder. Durch die Charakterisierung mittels statischer Gasabsorption konnten die unterschiedlichen Füllstoffklassen anhand ihrer Aktivität und morphologischen Eigenschaften unterschieden werden und diese mit mechanischen Messungen von Kompositen in Korrelation gebracht werden. Dies hat viel zum Verständnis der Wechselwirkung zwischen Füllstoffen auf Kohlenstoffbasis und Polymeren in Elastomerkompositen beitragen können. Der Verstärkungsmechanismus von Graphenen in der Elastomermatrix unterscheidet sich deutlich von dem konventioneller Füllstoffe wie Ruße oder Kieselsäuren. Durch diese Eigenschaft konnte in Füllstoffhybridsystemen, wo geringe Mengen an Graphenen mit Kieselsäure- und Rußsystemen, bzw. auch mit CNTs ausgetauscht wurden, durch Synergieeffekte Verbesserungen in den physikalischen Eigenschaften erzielt werden. Ein großes Potential der Graphene als neuartiger Füllstoff für Elastomere liegt neben der speziellen Verstärkung in der Verbesserung der Barriereeigenschaften für Gase. Es konnte gezeigt werden, dass in Hybridsystemen mit geringen Konzentrationen an Graphenen die Permeation stark abnimmt. Als positiver Effekt ist die beschleunigende Wirkung auf die Vernetzungsreaktion während der Vulkanisation zu deuten. Die Inkubationszeit wird durch geringe Mengen an Graphenen um bis zu 50 % reduziert. Dies ist für industrielle Zwecke sehr interessant, da so die Produktionsgeschwindigkeit von Elastomeren verkürzt werden kann. Durch den Einsatz von Weichmacherölen konnten gute mechanische Eigenschaften von NBR-Kompositen mit akzeptabler Leitfähigkeit für industrielle Zwecke erzielt werden. Die Risswachstumsrate unter gepulster Belastung sind mit denen von Rußsystemen vergleichbar. Dies ist besonders unter Wirtschaftlichen Aspekten hervorzuheben, da die oben genannten speziellen Eigenschaften von Graphenen in Kombination mit hinreichender Festigkeit unter dynamischer Belastung zu interessanten Anwendungen führen kann.
Einsatz von auf Graphen basierenden Füllstoffen zur Herstellung von neuartigen Elastomerkompositen. Abschlussbericht zum Projekt ELAGRA - Elastomer Komposite auf Basis von Graphenen. Laufzeit des Vorhabens: 01.08.2010 - 30.04.2013