Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Aerogel-Polymer Compounds für die Anwendung in ETFE-Dachfolien (AeroCom)

In der modernen Membranarchitektur wird Poly(ethylen-co-tetrafluoroethylen) – abgekürzt mit ETFE – in Form von Folien für Gebäude besonders für den Freizeitbereich wie auch öffentliche Gebäude mit hohem Wiedererkennungswert eingesetzt. Es ergeben sich aufgrund der Eigenschaften von ETFE entscheidende Vorteile: Es ist UV-durchlässig, transparent bis transluzent, chemikalienresistent, Schmutz abweisend, langlebig sowie recycelbar.

Zahlreiche Hallenbetreiber für den Sport- und Freizeitbereich berichten über Probleme beim Einsatz von ETFE-Folien in der Praxis. Neben bautechnischen Problemen erweist sich eine zunächst kostengünstige Bedachung mit ETFE im täglichen Betrieb als kostenintensiv: Hohe Energiekosten und Kosten durch Schäden an der Bausubstanz durch auftretende Kondensation sind die Folgen, welche sich auf die zu verbessernden Wärmedämmeigenschaften der verbauten ETFE-Elemente zurückführen lassen können.

Das Ziel des Projektes besteht darin, erforderliche Grundlagen für ein Material- und Prozessverständnis zu erarbeiten, um stabile wie transluzente Aerogel-ETFE-Folien mit um mindestens 20 % verringerten Wärmeleitfähigkeiten herstellen zu können. Aerogeleintrag kann die Dämmwirkung von Polymeren unter Laborbedingungen um bis zu 40 % verbessern.

In dem beschriebenen Vorhaben werden verschiedene Verfahrenswege und Materialien der Herstellung von Aerogel-ETFE- Verbunden schrittweise untersucht, um diese Effizienzsteigerung erzielen zu können: Entwickelte Aerogel-Polymer-Compounds werden zu Folien und Folienverbunden verarbeitet und hinsichtlich verbesserter wärmedämmender Leistung, UV-Durchlässigkeit, optischen Eigenschaften, sowie Verarbeitbarkeit bewertet.

Die Ergebnisse können durch KMU zur Produktentwicklung und Erweiterung des Produktportfolios genutzt werden. Aufgrund der verbesserten Produkteigenschaften und den daraus resultierenden Energieeinsparungen ergeben sich Wettbewerbsvorteile für KMU entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Vorhabens bestand darin, material- und prozessspezifischen Grundlagen für die Entwicklung von stabilen, transluzenten ETFE-Folien mit einer gegenüber herkömmlichen ETFE-Folien um mindestens 20 % verringerten Wärmeleitfähigkeit zu erarbeiten. Es wurden verschiedene Verfahren der Herstellung von modifizierten ETFE-Folien untersucht, wobei ein Silica-Aerogel als thermisch isolierend wirkender Zusatz verwendet wurde. Besondere verfahrenstechnische Schwierigkeiten resultierten aus dem sehr großen Dichteunterschied von ETFE und Aerogel.

Je nach angewandtem Verfahren wurden ETFE-Aerogel-Folien mit einem Gehalt von bis zu 7 Ma% oder 50 Vol% Aerogel hergestellt. Die Folien sind transluzent. Die Aerogelpartikel sind gleichmäßig im Folienvolumen verteilt und in der Regel kleiner als 35 µm. Die Hülldichte der Folien nimmt mit steigendem Aerogelgehalt ab. Unter bestimmten Prozessbedingungen wird ein Teil des Silica-Aerogels ‚deaktiviert‘.

Bei ETFE-Aerogel-Folien, deren Hülldichte kleiner als 1,67 g/cm³ ist, wird eine signifikante Verringerung der thermischen Leitfähigkeit erreicht. Im besten Fall wurde ein Wert von 83 mW/(m·K) erhalten. Im Fall von extrudierten Folien wurde eine Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit um etwa 25 % und im Fall von thermogepressten Folien um bis zu 50 % erzielt. Die niedrigere Wärmeleitfähigkeit von aerogelhaltigen Folien im Vergleich zu reinen ETFE- Folien wurde mit Hilfe eines Demonstrators qualitativ nachgewiesen.

Die ETFE-Aerogel-Folien weisen eine ausreichende Zugfestigkeit aber eine merklich verminderte Bruchdehnung auf und wirken schalldämmend.

Das mit dem Vorhaben verfolgte Konzept der Senkung der Wärmeleitfähigkeit von ETFE-Folien durch deren Modifizierung mit einem Aerogel kann ohne weiteres auf andere Polymere übertragen werden. Aussichtsreiche Kandidaten sind Polyolefine und TPO bzw. die aus ihnen hergestellten Dachbahnen.