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Kunststoff-Material
Auch Kunststoffe können kaputt gehen bzw. brechen. Ursache dafür sind Mikrorisse, die in jedem Bauteil vorhanden sein können. Um das Risswachstum zu stoppen, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-. Sicherheits- und Energietechnik, „Umsicht“ in Oberhausen im Rahmen des Projekts „Osiris“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung selbstheilende Elastomere entwickelt, die sich autonom reparieren können.
Kunststoff, der sich selbst repariertDer Natur abgeschaut

Inspirationsquelle der Wissenschaftler waren der Kautschukbaum Hevea brasiliensis und milchsaftführende Pflanzen wie die Birkenfeige. Der Milchsaft enthält Kapseln, die mit dem Protein Hevein gefüllt sind. Wird der Kautschukbaum verletzt, so tritt der Milchsaft aus, die Kapseln brechen auf und setzen Hevein frei. Das Protein vernetzt dann die ebenfalls im Milchsaft enthaltenen Latexpartikel zu einem Wundverschluss.

Dieses Prinzip übertrugen die Wissenschaftler auf Elastomere. „Um in Kunststoffen einen Selbstheilungsprozess anzuregen, haben wir Mikrokapseln mit einem klebenden Material, Polyisobutylen, beladen und in Elastomere aus synthetischem Kautschuk eingebracht. Wird Druck auf die Kapseln ausgeübt, platzen sie und sondern dabei das zähflüssige Material ab. Dieses vermischt sich mit den Polymerketten des Elastomers und verschließt so die Risse“, erläutert Dr. Anke Nellesen, Wissenschaftlerin am Umsicht. „Es ist uns gelungen, produktionsstabile Kapseln herzustellen, allerdings brachten diese noch nicht den gewünschten selbstreparierenden Effekt.“ Gute Ergebnisse erzielten die Forscher hingegen, indem sie die Selbstheilungskomponente, also das Polyisobutylen, unverkapselt in das Elastomer einbrachten. So zeigten verschiedene Probekörper aus unterschiedlichen synthetischen Kautschuken ein deutliches Selbstheilungsverhalten: Nach einer Heildauer von 24 Stunden betrug die wiederhergestellte Zugdehnung 40 Prozent.

Prototyp auf der Hannover Messe

Noch bessere Ergebnisse erreichten die Experten, indem sie Elastomere mit Ionen ausstatteten. Auch bei dieser Methode diente der Kautschukbaum als Vorbild: Die bei einer Verletzung freigesetzten Hevein-Proteine verbinden sich durch Ionen miteinander und verkleben bei diesem Prozess – der Riss schließt sich. Wird also das Material des Elastomers beschädigt, suchen sich die gegensätzlich geladenen Teilchen einen neuen Bindungspartner – ein Plus-Ion zieht ein Minus-Ion an und entfaltet so eine klebende Wirkung. „Durch das Beladen der Elastomere mit Ionen sorgen wir für einen stabilen Wundverschluss. Der Heilungsprozess kann beliebig oft stattfinden“, betont Anke Nellesen den Vorteil gegenüber dem Mikrokapsel-Verfahren: „Duromere mit Selbstheilungsfunktion gibt es bereits. Sie kommen etwa in Form von sich selbst reparierenden Lacken im Automobilbereich zur Anwendung. Elastomere, die ihre Risse ohne Eingriff von außen verschließen können, wurden bislang noch nicht entwickelt.“ Von der neuen Entwicklung könnte unter anderem die Automobilbranche profitieren. Auf der Hannover Messe 2011 wurde der Prototyp einer sich selbst reparierenden Auspuffaufhängung gezeigt.

www.umsicht.fraunhofer.de
Quelle: Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft

Bildunterschrift:
30 Minuten nachdem das Bauteil mit Ionen ausgestattet wurde, hat sich der Mikroriss deutlich verkleinert.

Foto: Fraunhofer Umsicht


geschrieben am 28.09.2011 um 16:01 Uhr.