Strahlenenergie sorgt für hohe Widerstandsfähigkeit von Kunststoffen Moleküle mit Power - KEM

Strahlenenergie sorgt für hohe Widerstandsfähigkeit von Kunststoffen

Moleküle mit Power

Anzeige
Werden Kunststoffe mit gebündelter Energie beaufschlagt, sind Modifizierungen und Optimierungen möglich. Da die Kunststoff-Moleküle untereinander vernetzen, wird das Material wesentlich widerstandsfähiger gegenüber hohen Temperaturen und mechanischer Beanspruchung.

In der Rezeptur moderner Werkstoffe taucht immer öfter eine entscheidende Komponente auf: Energie. Die Rede ist von Strahlen-Energie, also gebündelter Energie. In der Industrie kommen Beta- und Gammastrahlen sowie künftig auch X-Rays (Röntgenbremsstrahlung) zum Einsatz. Da die entsprechenden Anlagen einen hohen Investitions- und Erhaltungsaufwand erfordern, decken viele Betriebe ihren Bedarf bei Dienstleistern. BGS Beta-Gamma-Service betreibt derzeit eine Gamma-Anlage und sieben Elektronenbeschleuniger. Ein weiterer ist in Planung.

Beta-Strahlung ist eine Teilchenstrahlung: Negativ geladene Teilchen (Elektronen) verlassen den Beschleuniger mit hoher Geschwindigkeit. Gamma-Strahlung hingegen ist elektromagnetische Strahlung. In beiden Fällen wird die Energie der Strahlung vom Material absorbiert. Dadurch entstehen Radikale, die in einer weiteren chemischen Reaktion miteinander reagieren und so zu besseren Eigenschaften bestrahlter Produkte führen. Industriell verwendete Strahlen erzeugen im Material keine Radioaktivität.
Kunststoffe modifizieren
Eines der Hauptanwendungsgebiete industrieller Bestrahlung ist die Modifizierung von Kunststoffen: Mit der Energie beschleunigter Elektronen bringt BGS Kunststoff-Moleküle dazu, sich untereinander zu „vernetzen“, so dass das Material wesentlich widerstandsfähiger gegenüber hohen Temperaturen und mechanischer Beanspruchung wird. Seit Jahrzehnten werden beispielsweise Polyethylen-Rohre mit Strahlen vernetzt, um ihre thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften zu verbessern. Diese Rohre (Kennzeichen „PE-Xc“) sind heute erste Wahl, wenn es um den sicheren Transport von Trinkwasser, Erdgas oder Warmwasser geht. Jochen Rausch, „Rohrspezialist“ bei BGS: „Eine unserer Spezialitäten ist die Verarbeitung von Rohren, Schläuchen und Kabeln. Pro Jahr bestrahlen wir beispielsweise 60 000 km Polyethylen-Rohr. Das entspricht dem 1 ½ fachen Erdumfang.“ Das Angenehme für den Kunststoffverarbeiter: Die Strahlenvernetzung erfolgt völlig abgekoppelt vom Herstellprozess, quasi auf dem Weg zum Endabnehmer. Haben die Teile den Produktionsbetrieb verlassen, übernimmt der Dienstleister alles weitere und sorgt dafür, dass sie in der geeigneten Form den Kunden erreichen.
Strahlenvernetzung zeichnet sich durch hohe Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit aus; wesentliche Vorrausetzung für Produkte mit zugesichertem Eigenschaftsprofil. Joachim Gehring, Leiter der Anwendungstechnik bei BGS, ergänzt: „Auch von der Kostenseite gesehen, ist das Verfahren interessant. Die Ausgangswerkstoffe sind preisgünstig, nicht zuletzt auch wegen der größeren Abnahmemengen pro Verarbeiter. Auch wenn man die zusätzlichen Kosten für Transport und die Strahlenvernetzung hinzu rechnet, ist das fertige Produkt in Summe günstiger als das aus Hochleistungskunststoffen gefertigte. Unter Einbeziehung aller Randbedingungen ergeben sich sogar Kostenersparnisse gegenüber Duroplasten.“
Kunststoffe optimieren
Der Clou von Schrumpfschläuchen ist das „Formgedächtnis“ des Materials, welches sich bei Erwärmung zusammen zieht. Einige Tausend Kilometer davon werden jährlich unter der Mitwirkung von BGS hergestellt. Anwendung finden diese Alltagshelfer unter anderem bei Kabeln, Werkzeuggriffen, elektronischen Bauteilen, Besenstielen, Kabelbäumen, Bremsleitungen und Kühlwasserschläuchen. Erst die Bestrahlung macht den Rückstelleffekt möglich. Die vernetzten Schläuche werden nach erneutem Erwärmen um den Faktor 2 bis 5 aufgeweitet und anschließend gekühlt. So hat man „Kunststoffe mit Gedächtnis” hergestellt, die sich in der Wärme wieder auf den Ausgangszustand zusammenziehen.
Kabelummantelungen aus thermoplastischen Elastomeren müssen in zahllosen Anwendungen in der Industrie, in Fahrzeugen und im Haushalt ihre Standfestigkeit beweisen. Durch Strahlenvernetzung erhalten sie überragende Werte bezüglich thermischer, mechanischer und chemischer Widerstandsfähigkeit. Bestes Beispiel ist das Bügeleisenkabel, das es auch verzeiht, wenn man das heiße Bügeleisen darauf abstellt.
Kunststoffe spielen als Werkstoff für Verschlüsse eine wichtige Rolle. Die Forderungen an die Eigenschaften des Materials sind enorm. Die Bestrahlung verbessert die Beständigkeit gegen Chemikalien sowie die Hydrolysebeständigkeit.
Viele Bauteile für die Elektrotechnik und Elektronik werden aus Polyamid (PA) hergestellt. BGS entwickelte zusammen mit Rohstoffspezialisten und der Elektro-Industrie geeignete Werkstoffe und Verfahren zu dessen Optimierung. Bestrahltes PA widersteht mühelos Löttemperaturen bis 255 °C. Neben der Verbesserung der Lötbadbeständigkeit und der Erhöhung der Wärmestandfestigkeit verbessert die Strahlenvernetzung auch die Alterungsbeständigkeit und Schwerentflammbarkeit.
Dr. Zyball: „Bestrahlung verbessert auch die Matrix-Faser-Anhaftung von Glasfaser verstärktem Material. Die Festigkeitswerte dieser Verbundwerkstoffe steigen enorm. Das erlaubt die Auslegung von Teilen mit weniger Material, was sich in geringerem Gewicht auszahlt. Ein Vorteil, der im Fahrzeug- und Flugzeugbau zum Tragen kommt und Treibstoff sparen hilft.“
Katalysator für neue Werkstoffe
Die Zukunft gehört den „Kunststofflegierungen“. Sie entstehen, indem unterschiedliche Moleküle (Monomere und Polymere) chemisch verbunden und so ihre spezifischen Eigenschaften kombiniert werden. Man spricht vom „Aufpfropfen“ von Monomeren oder Polymeren auf Polymere. Erst das Zuführen von Energie bringt die eigentlich reaktionsunwilligen Materialien dazu, sich zu neuen Werkstoffen zu verbinden. Solche Kunststofflegierungen finden heute bereits kommerziellen Einsatz zum Beispiel in Membranen mit selektiver Permeabilität als Ionentauscher für Meerwasserentsalzungsanlagen oder bei der Herstellung protonenleitender Membranen, einer Schlüsselkomponente in Brennstoffzellen.
Auch der Endverbraucher profitiert davon. So wird beispielsweise der Tragekomfort von Polyamid-Fasern durch Pfropfen von Acrylsäure verbessert. Die Anfärbbarkeit der Fasern kann positiv beeinflusst werden, sie werden beständiger gegen Mikroorganismen, ihre Brennbarkeit wird reduziert und die Gewebe sind knitterfest.
Vision der Werkstoffspezialisten ist eine quasi unbegrenzte Zahl neuer Materialien mit einzigartigen Eigenschaften. Dr. Zyball erläutert: „Wir müssen bereit sein, neue Wege zu gehen. Die Herausforderung besteht darin, auch scheinbar unvereinbare Elemente oder Materialien zu versuchen, in eine Verbindung zu bringen. Wir als Bestrahler liefern Energie und unsere Erfahrung über deren Wirkung in verschiedenen Materialien. Wir werden so zu einem „Scharnier“ zwischen Rohstoffanbietern und Industrie.“
Strahlenvernetzung KEM 591
Anzeige

Video aktuell

Roland Lenzing, geschäftsführender Gesellschafter erläutert den neuen Kabelkanal VARiOX und welche Vorteile der Anwender damit hat.

Aktuelle Ausgabe

Newsletter

Unsere Dosis Wissensvorsprung für Sie. Jetzt kostenlos abonnieren!

Top-Thema Spannvorrichtungen

Spannvorrichtungen

Alles über Spannvorrichtungen und welches Einsparungspotenzial sie bieten

Top-Thema Schaltschränke

Alle Infos über den Schaltschrankbau mit seinen Komponenten, Geräten und deren Verdrahtung

Kalender

Aktuelle Termine für Konstrukteure

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de