Konzeption und Charakterisierung von im Mikrospritzguss verarbeitbaren Thermoplast- Nano@Mikropartikel-Compounds mit definierten geometrischen und funktionellen Eigenschaften.
Final Report Abstract
Der Schwerpunkt der Arbeit wurde hier auf den Syntheseweg zur Herstellung der „Nano@Mikropartikel“ gelegt. Im 1. Ersten Syntheseweg konnte gezeigt werden, dass nanostrukturierte Mikropartikel hergestellt werden konnte. Probleme gab es allerdings beim Dispergieren der industriell hergestellten Nanopartikel. Auf Grund dieser Probleme und Schwierigkeiten bei der Optimierung des Dispersionsschrittes der Nanopartikel, musste über einen zweiten Syntheseweg zur Herstellung der Nano@Mikropartikel nachgedacht werden. Der zweite Syntheseweg hat sich in Bezug auf die Dispersion der Nanopartikel als der deutlich bessere erwiesen. Weiterhin ist die Partikelgröße der Nanopartikel unterhalb von 20 nm, was einhergeht mit dem superparamagnetischen Verhalten. Bei Partikelgrößen oberhalb von 20 nm geht das superparamagnetische Verhalten verloren. Dies spiegelt sich letztendlich in den magnetischen Eigenschaften wider. Durch die homogenere Verteilung der Nanopartikel und die Partikelgröße kleiner als 20 nm ist ein superparamagnetisches Verhalten möglich. Die Mikropartikel dienen als Träger für die Nanopartikel, beeinflussen je nach Bedeckungsgrad der Mikropartikel und Füllgrad im Polymer das magnetische Verhalten des PBSMCs. Dadurch, dass die Nanopartikel auf den Mikropartikeln angebunden sind, wird die Verarbeitung zu einem PBSMC erleichtert. Die Verarbeitung von Nanopartikeln in einer thermoplastischen Matrix ist nur bis zu einem bestimmten Füllgrad möglich. Die Nanopartikel, selbst wenn sie oberflächenfunktionalisiert sind, lassen sich nicht homogen in einer hochviskosen Matrix compoundieren. Durch die Mikropartikel, an denen die Nanopartikel angebunden sind, wird die Verarbeitung und die Partikelverteilung in ähnlicher Weise, wie von Kirchberg et al. [2009] beschrieben, ermöglicht. Neben dem Syntheseweg wurden die rheologischen Eigenschaften, die thermische und elektrische Leitfähigkeit als auch das dynamisch mechanische Verhalten untersucht. Im Hinblick auf die bisher geleistete Arbeit ist noch ein großes Forschungspotential vorhanden. Der nächste Schritt ist, die Partikel mit einer polymeren Matrix zu umhüllen, um ggf. eine verbesserte Matrix-Partikel-Anbindung zu erhalten. Dies wird bei höheren Füllgraden notwendig. Durch die Umhüllung der Nano@Mikropartikel mit einer Polymerschale können sie gegeneinander isoliert werden, so dass Wirbelstromverluste weiter vermindert werden könnten. Weiterhin sollte der Einfluss der Polymerschale auf die Festigkeit und Sprödbruchverhalten untersucht werden, damit die Bauteile, wenn sie beispielsweise bei Elektrokleinmotoren zum Einsatz kommen, nicht im Gebrauch durch z. B. Fliehkräfte zerstört werden. Als weitere Fragestellung, die sich aus der bisher geleisteten Forschungsarbeit ergibt, ist die Übertragbarkeit auf andere Partikelkombinationen, um so Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften zu erhalten und definiert im Bauteil einstellen zu können.
Publications
- „Synthesis and Processing of Soft Magnetic Thermoplast Nano@Microparticle Compounds”; ECCM15, Venice, Italy, 2012
G.-P. Brunotte, J. Zivanovic, S. Kirchberg, G. Ziegmann
- „Synthese von Nano@Mikropartikeln über Oberflächenmodifizierung der Primärpartikel und Verarbeitung zu Kunststoff-Nano@Mikropartikel-Kompositen mit Magnetischen Eigenschaften“; Produktgestaltung in der Partikeltechnologie (Hersg. Ulrich Teipel, Alfred Weber); 6. Symposium Partikeltechnologie; Band 6; S. 37-50; Fraunhofer Verlag, ISBN 978-3-8396- 0537-0, 2013
G.-P. Brunotte, L. Wegewitz, G. Ziegmann, W. Maus-Friedrichs, D. Meiners
- “Aerosol Process for the In Situ Coating of Nanoparticles with a Polymer Shell”; Aerosol Science and Technology; 48; 2014
J. Poostforooshan, S. Rennecke, M. Gensch, S. Beuermann, G.-P. Brunotte, G. Ziegmann, A. P. Weber
(See online at https://doi.org/10.1080/02786826.2014.964354) - „Synthese magnetischer Nano@Mikropartikel zur Herstellung spritzgegossener Kunststoff-Partikel-Kompositen mit funktionellen Eigenschaften“; 15. Problemseminar "Polymermischungen" Halle (Saale); ISBN 978-3-86829-660-0; 2014
G.-P. Brunotte, A. Malfatti, G. Ziegmann, D. Meiners
- „Mehrstufiger Syntheseprozess zur Herstellung von Nano@Mikropartikeln mit polymerer Schale und anschließende Charakterisierung der Prozessschritte“; 1. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik; Clausthal-Zellerfeld; 2015
M. Sonnenberg, G.-P. Brunotte, R. Gustus, E. Hübner, G. Ziegmann, D. Meiners
