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Kunststoffe Carbon Nanotubes verleihen Compounds ein einzigartiges Eigenschaftsprofil

Autor / Redakteur: Alex Preiss / Josef-Martin Kraus

Carbon Nanotubes verleihen Kunststoffteilen nicht nur elektrische Leitfähigkeit, im Gegensatz zum Füllstoff Ruß beeinträchtigen die Kohlenstoffnanoröhrchen auch nicht die mechanischen Eigenschaften. Aus den mit Carbon Nanotubes verstärkten Compounds werden daher Spritzgießteile mit einem einzigartigen Eigenschaftsprofil hergestellt.

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Elektrisch leitfähige Compounds auf Basis von Polypropylen, Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polycarbonat oder PC/ABS, die Carbon Nanotubes (CNT) als Füllstoff enthalten, sind eine ideale Alternative zu metallbeschichteten Kunststoffteilen, deren statische Entladungen abgeleitet werden müssen. Denn Bauteile aus diesen Verbundwerkstoffen haben ein vollkommen neues Eigenschaftsprofil: Sie leiten nicht nur den elektrischen Strom, sondern sind auch leicht, stabil und fest, außerdem dehnbar und schlagzäh.

Carbon Nanotubes – zu Deutsch: Kohlenstoffnanoröhrchen – sind zehntausendmal dünner als ein menschliches Haar. Sie leiten elektrischen Strom und Wärme besser als Kupfer und sind zudem noch um den Faktor 20 reißfester als Stahl. Die herausragenden Eigenschaften dieser Kohlenstoffmodifikation sind in Tabelle 1 den Eigenschaften konventioneller Verstärkungsstoffe gegenübergestellt.

Zudosieren von Carbon Nanotubes mit Zweiwellenkneter

Die Herstellung der Verbundwerkstoffe erfolgt durch Zudosieren von Carbon Nanotubes in die Kunststoffschmelze in einem sogenannten Zweiwellenkneter. Dieser Prozess erweist sich als anspruchsvoll, weil die extrem große spezifische Oberfläche der Carbon Nanotubes mit der hochviskosen Kunststoffschmelze benetzt werden muss. Dies gelingt durch Zugabe von Benetzungsstoffen.

Diese Verbundwerkstoffe lassen sich im Spritzgießverfahren zu Bauteilen weiterverarbeiten. Allerdings nehmen die Prozessbedingungen beim Spritzgießen Einfluss auf die Ausbildung von leitfähigen CNT-Netzwerken. So können sich durchgehende Strukturen nicht über Bindenähte hinweg ausbilden. Die elektrische Leitfähigkeit von Bauteilen mit Bindenaht hängt somit von der Position der Leitfähigkeitsmessung am Bauteil ab.

Weil über die Wahl der Angussposition beziehungsweise über die Anzahl der Angüsse entschieden werden kann, wo sich am Bauteil Bindenähte zeigen, lässt sich die Ausbildung von leitfähigen Netzwerken durch die Konstruktion der Spritzgussform beeinflussen.

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