Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Molekulare Ursachen mechanischer Eigenschaften von Kautschuken untersucht durch neuartige kombinierte Messmethoden: Rheologie und Dielektrische Spektroskopie sowie GPC und FTIR-Spektroskopie

Gefüllte Kautschuke sind ein technisch anspruchsvolles, kommerziell wichtiges Industrieprodukt, in dem viele deutsche Firmen engagiert sind. Die wirtschaftliche Bedeutung liegt bei etwa 100.000 Mitarbeitern und 20 Mrd. € Umsatz pro Jahr in Deutschland (2014). KMUs müssen innovativ sein, um auf diesem Gebiet konkurrenzfähig zu bleiben. Ein wichtiger Innovationsbereich ist die Optimierung der Kautschukchemie, um damit die Dispersion von Füllerpartikeln zu erleichtern und die Wechselwirkungen zwischen Kautschuk und Partikeln zu verbessern.

Art und Stärke dieser Wechselwirkungen auf molekularer Ebene zu messen ist schwierig, wodurch der Zusammenhang zwischen der Chemie des Kautschuks und den Eigenschaften des Endproduktes bislang schwer herzustellen ist. In dem hier vorgestellten Projekt planen wir kürzlich entwickelte, gekoppelte Messtechniken zu nutzen, um (1) eine molekulare Charakterisierung der Chemie synthetischer Kautschuke als Funktion des Molekulargewichts durch die Kopplung der Gelpermeationschromatographie mit der Fourier-Transformations- Infrarotspektroskopie (GPC-FTIR) zu ermöglichen und (2) die Wechselwirkungen zwischen Füller und Kautschuk sowie deren Einfluss auf die mechanischen Materialeigenschaften mit Hilfe einer kombinierten Methode aus dynamisch-mechanischer Analyse und dielektrischer Spektroskopie (DMA-DEA) zu vermessen.

Die wichtigsten Vorteile für KMUs sind die (1) detaillierte molekulare Charakterisierung von synthetischem Kautschuk als Funktion des Molekulargewichtes, (2) gleichzeitige Charakterisierung der internen Grenzflächen und mechanischen Eigenschaften der Probe und (3) Untersuchung der Verbindung zwischen der molekulargewichtsabhängigen Struktur synthetischen Kautschuks und dessen späteren mechanischen Eigenschaften durch die Nutzung von GPC-FTIR und DMA-DEA. Dieses Wissen ermöglicht der beteiligten KMUs, ihren technologischen Vorsprung zu halten und damit ihre Produktentwicklung am Standort Deutschland zu stärken.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Projektes ist es, durch die Verwendung neuer kombinierter Charakterisierungsmethoden bei Kautschuken zum einen die verwendeten Polymere detailliert zu charakterisieren, zum anderen die Wechselwirkungen Polymer–Füllstoff zu analysieren und diese beiden Informationen mit den resultierenden Gesamteigenschaften der Kautschuk-materialien zu korrelieren. Im Projekt wurden zahlreiche Proben der Firmen des Projektausschusses analysiert: spezielle Copolymere (Polymaterials), SBR und PB Polymere und Komposite (Goodyear, Arlanxeo). All diese Messungen waren zum einen wichtig für die jeweiligen Firmen, aber vor allem unverzichtbar für das gesamte Projekt. Da im Projektausschuss ein breites Spektrum von Firmen verschiedener Industriebereiche vertreten ist, muss man die spezifischen Interessen getrennt betrachten. Zusammenfassend kann man sagen, dass Firmen aus der Charakterisierungstechnik neue Produkte, zumindest aber neue Anwendungsgebiete für ihre bisherigen Produkte gewinnen und somit ihren Kundenstamm erweitern können, Firmen aus dem Kautschukbereich durch die Kenntnisse über die Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Rohprodukte und der resultierenden Gesamteigenschaften Materialien optimieren und Entwicklungszyklen für neue, evtl. auch kundenspezifische Produkte verkürzen können. Somit trägt das Vorhaben in allen vertretenen industriellen Bereichen zur Sicherung von Arbeitsplätzen am Standort Deutschland bei. In diesem Projekt sind folgende Gruppen an KMUs vertreten: Materialentwicklung (Polymaterials und Rado), Prozessierungs- bzw. Charakterisierungstechnik (LWB Stein, MG Optical Solutions,Neoplas) und Polymeranalytik (Novocontrol, Göttfert, PSS). Dieses Wissen würde die Optimierung von Kautschukmischungen sowie die Herstellung neuer synthetischer Kautschuke nach kundenspezifischen Vorgaben bedeutend erleichtern und somit den beteiligten Firmen einen technologischen Vorsprung im Vergleich mit Wettbewerbern aus Niedriglohnländern bieten.