Neues vom Düsentrieb aus Edlibach

07 Jul Neues vom Düsentrieb aus Edlibach

Kunststoffe werden im Alltagsleben als perfekte Isolatoren wahrgenommen. Der spritzgiessbare Faserverbundkunststoff Hot Polymer CF 273 verhält sich jedoch in mancher Hinsicht auch wie ein Metall, denn die Werkstoff-Innovation stellt eine gelungene Synthese aus Polymer-, Diamant- (Spritzgiessbar – Atombindung) und Gold-Standard (delokalisierte Elektronen – Metallbindung) dar.

Abb. 1: 4-Punkt-Nadelprober-Mikroskop für die Leitfähigkeitsmessung. (Interstaatliche Hochschule Buchs)

Damit ein Werkstoff Strom leiten kann, muss es über bewegliche Elektronen verfügen. Bei den Metallen bewerkstelligen dies deren äusseren Elektronen. Diese Elektronen verfügen über keine klar zugeordnete Atomzugehörigkeit und können sich deswegen im Metallgitter frei in alle Raumrichtungen bewegen. Im Gegensatz zu den Metallen sitzen bei Isolatoren oder Nichtleitern wie Diamant und vielen Kunststoffen die Elektronen in Einfachbindungen zwischen benachbarten Atomen fest.

Abb. 2: Leitfähigkeits-Ergebnisse „Hot Polymer CF 273“ im Vergleich zu Werkstoffen von Mitbewerbern. (Auszug)

Eine Mittelstellung nimmt Graphit ein – ein enger Verwandter des Diamanten. Beim Graphit sind innerhalb einer Schicht bestimmte Elektronen frei beweglich. Dieser Effekt kann mit dem andersartigen molekularen Aufbau begründet werden. Von den vier Valenzelektronen des Kohlenstoffs werden nur deren drei genutzt, um Sechsecke analog einem  bienenwabenartigen ebenen Gerüst zu bilden. Die p-Orbitale (hantelförmige Aufenthaltsräume) des vierten Elektrons ragen beim Graphit zu beiden Seiten aus der Schicht heraus und überlappen sich so zu einem halb gefüllten Leitungsband. Dies ermöglicht eine Bewegung in zwei Dimensionen (anisotrop), somit exakt innerhalb der Schichten. Hot Polymer CF 273 verfügt über aufgrund des hohen Metallcharakters über delokalisierte Elektronen in allen Raumrichtungen (isotrop), kann jedoch im Gegensatz zu reinen Metallen trotzdem wie ein thermoplastischer Kunststoff spritzgegossen werden und verfügt im Vergleich zu Werkstoffen von Mitbewerbern über eine signifikant höhere Leitfähigkeit. Vgl. Abb. 2.

Wichtigste Stationen:
Der Erhalt des Innovationsscheck vom Eidgenössischen Volkswirtschaftsdepartement EVD, Bundesamt für Berufsbildung und Technologie BBT, Förderagentur für Innovation KTI. Nominierung und der Einzug in die Endrunde eines mit CHF 100 000.-  dotierten Innovationswettbewerbes. Der Nachweis der Spritzgiessbarkeit bei minimaler Abrasivität trotz des sehr hohen Füllgrades konnte über diverse Studien (u.a. Interstaatliche Hochschule Buchs) bewiesen werden.
Die dafür erforderlichen Versuche wurden an den Spritzgiessmaschinen der Semadeni AG durchgeführt. Die vorgeschalteten Compoundierungen fanden in der Bruno Peter AG statt.
Die abgeschlossenen Studien hinsichtlich der Leitfähigkeiten und der anfallenden Kosten, ergaben im Vergleich zu den Mitbewerbern, dass die Werkstoff-Innovation eine signifikant bessere technisch-wirtschaftliche Wertigkeit aufweist.

Mehrwert und strategisches Erfolgspotenzial:
Preisgünstiger Marktleader unter den leitfähigen Kunststoffen und Aluminium-Substitut. Spritzgiessbarer, thermisch hochleitfähiger, thermoplastischer Faserverbundkunststoff, der die Wärmeabfuhr in verschiedensten Kunststoffgehäusen (z.B. Laptopgehäuse, medizinische Gehäuse usw.)

Die Wertschöpfung in Stichworten:
– Höchste thermische Leitfähigkeit. Im Bereich von Aluminium. Vgl. Abb. 2.
– Gute Fliessfähigkeit: Spritzgiessbar. Vgl. Abb. 3 und 4.
– Individuell einstellbare mechanische Eigenschaften. Vgl. Abb. 5 und 6.
– Preis: < CHF 30 / kg.

Abb. 3: Hot Polymer CF273. Mechanische Eigenschaften. Teil 1 von 2.

Abb. 4: Hot Polymer CF273. Mechanische Eigenschaften. Teil 2 von 2.

Abb. 5: Hot Polymer CF273. Fliesseigenschaften. Teil 1 von 2.

Abb. 6: Hot Polymer CF273. Fliesseigenschaften. Teil 2 von 2.

Das Innovations-Team:
Patrick Semadeni (Semadeni AG, Ostermundingen Schweiz), Lars Rominger, Silvio Gächter (Rominger Kunststofftechnik GmbH, Edlibach Schweiz). Vgl. Abb. 7.

Abb. 7: Das Innovations-Team: v. l. n. r. Patrick Semadeni (Semadeni AG, Ostermundingen Schweiz), Silvio Gächter und Lars Rominger (Rominger Kunststofftechnik GmbH, Edlibach Schweiz)

Power-Point-Präsentation:
Hot_Polymer_CF_273

Weiterführende Informationen und Fachartikel:
http://www.kunststofftechnik.ch/science-innovations/granulat-hot-polymer-cf-273/