Funktionale Polymerkomposite für innovative Funktionsintegration

© Fraunhofer IFAM

Funktionelle Filamente für den 3D-Druck.

Neue Bauteile bzw. Materialien mit zusätzlichen Funktionen auszustatten ist ein seit Jahren zu beobachtender Trend in der Produktneu- bzw. Weiterentwicklung.Dem aktuellen Wunsch nach mehr Funktionsintegration kommt das Fraunhofer IFAM in Bremen mit der dort entwickelten Materialklasse der „Funktionalen Polymerkomposite“ entgegen.

Das Materialkonzept basiert auf thermoplastische Polymere, in ihrer klassischen Charakteristik oder als weichflexible Elastomere. Innovative Compoundtechniken generieren im Zusammenspiel mit den jeweils gewünschten Füllstoffen hochleistungsfähige Kunststoffkomposite für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche. Als Füllstoffe kommen sowohl metallische Mikrofasern als auch Pulver in unterschiedlicher Art in Frage. Diese können im entsprechenden Fall, mit  niedrigschmelzenden Legierungen kombiniert werden. Des Weiteren können sämtliche kohlenstoffhaltige als auch keramische Zuschlagstoffe in die jeweiligen Matrixpolymere eincompoundiert werden. Füllstoffgehalte von über 80 Gew.% lassen sich mit dieser Technik problemlos realisieren und führen zu Funktionen im Kunststoff, die den Eigenschaften der entsprechenden Füllstoffe sehr nahe kommen.

Elektrische Leitfähigkeiten von hohen 106 S/m sind genauso darstellbar wie thermische Leitfähigkeiten von über 10 W/mK. Ein weiterer großer Anwendungsbereich ist die Funktionalisierung des Materials hinsichtlich der Verwendung im Bereich des EMV–Schutzes. Hier kann über einen sehr breiten Frequenzbereich ein analoges Dämpfungsverhalten im Vergleich zu rein metallischen Werkstoffen erreicht werden. Neben den physikalischen Eigenschaften zeigen die „Funktionalen Polymerkomposite“ weitere Besonderheiten auf. Trotz ihrer hohen möglichen Füllgehalte weisen die Materialien ein noch gutes mechanisches Eigenschaftsspektrum als auch Verarbeitungsverhalten auf. So lassen sich die Komposite, mit geringen Anpassungen im Prozess, mit den etablierten Fertigungstechnologien der Kunststoffbranche verarbeiten.

Mittels Extrusion oder Spritzguss (speziell beim Mehrkomponenten-Spritzguss bzw. Extrusion) können so funktionsintegrierte Bauteile, rationell und kostenminimiert, entstehen. Aktuell wird das Verarbeitungsportfolio der Kompositmaterialien durch den FFF Druck ergänzt. Hierfür wurde auf technologischer Seite eine spezielle Produktionslinie für hochgefüllte Polymerkomposite geschaffen, auf der die unterschiedlichen Materialvarianten zu einem entsprechend versdruckbaren Filament verarbeitet werden können.

Die Funktionalen Polymerkomposite ermöglichen eine deutliche Vereinfachung der Realisierung der Integration additiver Funktionen in ein Bauteil. So können neue Anwendungen zu neuen oder verbesserten Produktideen führen, bzw. gute technische Lösungen gegebenenfalls noch besser werden