Verbundwerkstoffe Kohlenstoff-Nanoröhrchen: Herstellung, Eigenschaften und Potential

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Kohlenstoff-Nanoröhrchen, auch Carbon Nanotubes oder kurz CNT genannt, gelten als einer der Hoffungsträger der Materialwissenschaften. Es gibt jedoch nur eine Handvoll namhafter Hersteller, die auf Dauer konstante Qualität in kommerziell relevanten Produktionsmengen bieten können. Bayer MaterialScience ist mit Baytubes einer von ihnen. In zwei Produktionsanlagen werden insgesamt 60 Tonnen im Jahr produziert.

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Carbon Nanotubes gelten als Paradebeispiel der Nanotechnologie. Wissenschaftler geraten im Hinblick auf ihre Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten ins Schwärmen: Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind extrem belastbar. Sie haben zwar nur ein Viertel der Masse von Stahl, sind aber rund fünfmal stabiler gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Außerdem leiten sie elektrischen Strom ähnlich gut wie Kupfer. Mit der Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Synthese von Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist es Bayer nun möglich, CNT im industriellen Maßstab mit konstanten Materialreinheiten von über 95 Prozent wirtschaftlich herzustellen.

„Wir unterstützen unsere Kunden mit unserem Polymer-Know-how bei der Einarbeitung von Baytubes in verschiedene Kunststoffe, beispielsweise in Sportgeräte“, erklärt Martin Schmid, der bei Bayer MaterialScience für den Aufbau des globalen Baytubes-Geschäftes verantwortlich zeichnet. „Um eine größere Stabilität beim Schlag zu erzielen, wurden zum Beispiel aus Kunststoff gefertigten Eishockeyschlägern oder Baseballschlägern Carbon Nanotubes beigemischt“, so Schmid weiter. Ebenso konnten Bayer MaterialScience und Nanoledge mit einem Surfbrett und Skiern zwei weitere innovative Nanotechnologie-Anwendungen bei der diesjährigen JEC Composites Show in Paris präsentierten. Die Kombination der „NANO IN“-Technologie mit den Baytubes war dabei der Schlüssel zum Erfolg: In Verbindung mit den CNT erreicht das Spezial-Epoxidharz im resultierenden Verbundwerkstoff außergewöhnliche, bisher unerreichte mechanische und thermische Eigenschaften – dieser wird um ganze 50 % fester und um 50 bis 100 % widerstandsfähiger.

Verbundwerkstoff-Lösung für die Wind- und Automobilindustrie

Bild: www.pixelio.de; schemmi (Archiv: Vogel Business Media)

Eine weitere Zusammenarbeit existiert zwischen Bayer MaterialScience und Amroy, einem führendes Unternehmen in der Formulierung von hochwertigen Epoxidharzen. Die aktuelle Produktfamilie, Hybtonite Nanoepoxies, nutzt Baytubes für herausragende Eigenschaften in unterschiedlichsten Anwendungen für Komposit-Verbundwerkstoffe. Hybtonite kann im Schiffs- und Automobilbau, in der Windenergie sowie in vielen weiteren industriellen Bereichen eingesetzt werden.

Die elektrische Leitfähigkeit von Carbon Nanotubes bewährt sich dagegen in antistatisch ausgerüsteten Halbzeuge aus Polyetheretherketon (PEEK). Sie Halbzeuge werden zu verschiedenen Maschinenteilen wie zum Beispiel Düsen verarbeitet.

Ein viel versprechendes und attraktives Einsatzgebiet von Baytubes in der Zukunft ist der Bereich Energieeffizienz: Rotorblätter von Windkraftanlagen könnten mithilfe von Carbon Nanotubes leichter und länger gebaut werden, so dass Wind effizienter in Strom umgewandelt werden kann. Der Einsatz von CNT könnte außerdem dazu beitragen, dass Flugzeugkörper und Karosserieteile extrem stabil, belastbar und leicht gebaut werden, um den Energieverbrauch und damit die CO2-Emissionen zu senken.

Durch ihre große Oberfläche und hohe elektrische Leitfähigkeit können Baytubes auch die Speicherkapazität von Batterien wesentlich erhöhen.

Auch in Sachen Kosteneffizienz können Carbon Nanotubes einen wertvollen Beitrag leisten: In leitfähigen und antistatischen Folien eingesetzt, ermöglichen CNT die kostengünstige und sichere Verpackung für Computerchips oder elektronische Bauteile. Und in der Automobilindustrie können teure Produktionsschritte durch den Einsatz von CNT in Kunststoffen eingespart werden: Als Additiv im Kunststoff-Karosserieteil müsste etwa ein Kotflügel nicht mit Leitprimer grundiert werden, um ihn anschließend zu lackieren.

Durch Partnerschaften neue Verbundwerkstoffe entwickeln

Um die Anwendungsentwicklung für Baytubes auf industriellem Niveau voranzutreiben, sucht Bayer MaterialSience gezielt strategische Kooperationen in Wirtschaft und Forschung. Kürzlich konnte mit der FutureCarbon ein weiterer Kooperationspartner gewonnen werden. Das in Bayreuth ansässige Hightech-Unternehmen wird aus Baytubes und Graphitmaterialien wässerige Nano-Dispersionen mit Hilfe eines neuen, zum Patent angemeldeten Dispergierverfahrens herstellen. Ebenso sollen neue Hochleistungswerkstoffe wie CNT-Composites mit Harzen, Keramiken und Metallen maßgeschneidert werden.

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