Entwicklung der Prozesskette für die Synthese und Verarbeitung hochgefüllter Polymer-Nanopartikel-Komposite.

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Das Vorhaben verknüpft die partikel- und die prozesstechnische Expertise zweier Forschungsstellen zur Entwicklung eines Herstellverfahrens für nanopartikelgefüllte Polymerwerkstoffe und deren Verarbeitung zu Bauteilen. Die Polymermatrix dient als mechanischer Träger für die besonderen Eigenschaften des Nanopartikelsystems. Es werden hochgefüllte Materialien betrachtet, in denen mehr als 30 Gew.-% Füllstoff enthalten sind. Das Material wird mit dem Anwendungsziel Mikrospritzguss entwickelt, da konventionelle partikelgefüllte Materialien hier nur begrenzt eingesetzt werden können. Mikrospritzguss ermöglicht es, aus Polymerschmelzen feinst-strukturierte (bis zu 5-10 μm) Werkstücke und Bauteile zu fertigen. Als Füllstoff wird Magnetit mit einer Partikelgröße unterhalb von 16 nm eingesetzt, wodurch das Partikelsystem superparamagnetisch, d.h. magnetisierbar ohne magnetische Remanenz, ist. Diese Eigenschaft kann nur in das Material und weiter in ein Mikro-Bauteil transferiert werden, wenn die Partikel über die gesamte Prozesskette nicht agglomerieren. Somit stehen die Dispergierung, die Desagglomeration und die Stabilisierung der Partikel in der organischen / polymeren Phase im Mittelpunkt der werkstoffbezogenen Arbeiten. Der Prozess trennt die Herstellung des homogenen gefüllten Materials von dessen Verarbeitung und Formgebung mit den Methoden der Kunststofftechnik, wobei sich durch den hohen Partikelgehalt und die Stabilisierung mittels Detergenzien Abweichungen vom bekannten Verarbeitungs- und Materialverhalten des reinen Polymerwerkstoffs ergeben. Die einzelnen Schritte sind im Durchsatz skalierbar, sodass eine zukünftige technische Umsetzung auf der Basis dieser Untersuchungen möglich ist.