Tegenwoordig, plastic componenten zijn van vitaal belang voor veel industriële sectoren - lichtgewicht constructie, automobielindustrie en elektrotechniek, er enkele noemen. Nu hebben onderzoekers ingenieuze manieren gevonden om kunststoffen te combineren met nanodeeltjes en ze nieuwe eigenschappen te geven. Dankzij deze innovatieve materialen, vliegtuigen kunnen in de toekomst beter worden beschermd tegen blikseminslagen.

Stel je het tafereel voor:pikzwarte wolken pakken zich samen aan de horizon, een vliegtuig dat zich een weg baant naar de storm ... en plotseling splijt een flits van hete bliksem de lucht. Het komt zeker niet zelden voor dat vliegtuigen door slechte weersfronten moeten, maar als ze dat doen, er is altijd één groot gevaar:bliksem. Van nature, vliegtuigfabrikanten doen er alles aan om hun machines te beschermen tegen stakingen, maar zelfs vliegtuigen van aluminium komen er niet altijd helemaal ongeschonden vanaf. En wanneer polymeercomponenten - meestal koolstofvezelversterkte kunststoffen (CFRP's) - als gewichtsbesparende maatregel in het ontwerp worden verwerkt, de situatie wordt nog problematischer, omdat ze elektrische stroom niet zo goed geleiden als aluminium.

Aan het Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM in Bremen, Duitsland, onderzoekers hebben nu een proces ontwikkeld voor het vervaardigen van nieuwe materialen die vliegtuigen een betere bescherming tegen blikseminslag moeten bieden. Ze hebben zich gericht op de unieke materiaaleigenschappen van koolstofnanobuisjes (CNT's). CNT's behoren tot de stijfste en sterkste vezels die bekend zijn, en hebben een bijzonder hoge elektrische geleidbaarheid. Om hun eigendommen over te dragen aan CFRP's, de wetenschappers combineren deze nanodeeltjes met kunststoffen. “Door nanodeeltjes te mengen met plastic, we hebben de materiaaleigenschappen van de laatste aanzienlijk kunnen verbeteren, ” zegt Dr. Uwe Lommatzsch, projectmanager bij het IFAM. Om maar twee voorbeelden te geven, CNT's worden gebruikt om de elektrische geleidbaarheid van kunststoffen te optimaliseren, en hun warmteafvoerende eigenschappen worden eveneens verbeterd door de toevoeging van metaaldeeltjes.

De truc zit in het mengproces, zegt Lommatzsch:“De micro- of nanodeeltjes moeten zeer homogeen zijn, en soms zeer nauw verbonden met het polymeer.” Om dit te doen, de wetenschappers gebruiken plasmatechnologie. Ze gebruiken een atmosferisch plasma om het oppervlak van de deeltjes zodanig te veranderen dat ze gemakkelijker chemisch kunnen worden gebonden met het polymeer. Een gepulseerde ontlading in een reactiekamer creëert een reactief gas. Lommatzsch' collega, Dr. Jörg Ihde, legt uit:"We spuiten de deeltjes - dat wil zeggen de nanobuisjes - in dit atmosferische plasma." Ze vallen onmiddellijk in het geselecteerde oplosmiddel, die vervolgens kan worden gebruikt om het polymeer verder te verwerken. De hele procedure duurt slechts een paar seconden - een enorm voordeel ten opzichte van de oude methode, waarin CNT's in het algemeen werden bereid in een zuurbad met behulp van een nat chemisch proces. Dat duurde enkele uren of dagen, aanzienlijk meer chemicaliën nodig, en aanzienlijk meer afval gegenereerd.

Naast verbeterde met koolstofvezel versterkte kunststoffen voor gebruik in de vliegtuigbouw, de IFAM-onderzoekers hebben verschillende andere mogelijke toepassingen in gedachten. Ihde schetst een voorbeeld:"We kunnen de warmtedissipatie-eigenschappen van elektrische componenten vergroten door metaaldeeltjes van koper of aluminium een ​​elektrisch isolerende coating in het plasma te geven en ze vervolgens te mengen tot een polymeer." Deze kan op een elektronische component worden gedrukt, zodat de warmte direct wordt afgevoerd. “Oververhitting van elementen is een groot probleem in de elektronica-industrie, " hij voegt toe. De onderzoekers hebben ook een manier bedacht om elektromagnetische verliezen te verminderen door met dit plasmaproces zachte magnetische deeltjes zoals ijzer te coaten en vervolgens te combineren met kunststoffen. Ingebouwd in elektromotoren, ze verminderen wervelstroomverliezen, waardoor de efficiëntie wordt verbeterd en de levensduur wordt verlengd.

IFAM-experts zullen op de K 2010-beurs in Düsseldorf oppervlakte-gemodificeerde koolstofnanobuisjes tonen - die een aanzienlijk verbeterde mengbaarheid met oplosmiddelen laten zien, van 27 oktober tot 3 november.