Graphen - Möglichkeiten und Grenzen in polymeren Kompositen

Graphen, eine zweidimensionale Kohlenstoffstruktur, ist ein junger Füllstoff im Nanometerbereich und besitzt ausgezeichnete physikalische Eigenschaften. Da typische Füllstoffe, wie z. B. Glasfasern oder Ruße, im Mikrometerbereich an ihre Grenzen stoßen, werden zunehmend Nanofüllstoffe in polymeren Kompositen eingesetzt. Grund dafür ist ihre große spezifische Oberfläche und die daraus resultierenden Polymer-Füllstoff-Wechselwirkungen. Das große Potenzial von graphenbasierten Kompositen wurde bereits in vielen Studien nachgewiesen. Diese erfolgten jedoch vielmals im Labormaßstab und es existieren keine bekannten skalierbaren Prozesse zur Herstellung und Weiterverarbeitung dieser Materialien. Aus diesem Grund wurde in diesem Forschungsvorhaben die gesamte Prozesskette von der Materialherstellung über die Verarbeitung bis zum Endprodukt im industriellen Maßstab berücksichtigt. Die Untersuchungen zeigen, dass die handelsüblichen Graphen-Typen keinem idealen Graphen entsprechen, da sie eine mehrschichtige und somit graphitartige Struktur aufweisen. Aufgrund der geringen Bindungskräfte zwischen den einzelnen Graphenschichten bilden die Agglomerate des Graphens eher eine Schwachstelle im Bauteil, so dass keine überproportionale Erhöhung der mechanischen Eigenschaften zu beobachten ist. Die elektrischen und thermischen Eigenschaften der graphenbasierten Verbindungen bleiben weit unter den Erwartungen. Das Forschungsprojekt zeigt die Möglichkeiten und Grenzen von graphenbasierten Kompositen. Derzeit ist mit den aktuell verfügbaren kommerziellen Graphen-Typen eine signifikante Verbesserung der Eigenschaften nicht zu erreichen. Daher ist die Übertragung der Ergebnisse aus Experimenten im Labormaßstab hin zu industriellen Anwendungen nicht möglich.