Polyimidpartikel-verstärkte Hochleistungscomposite

Kunststoffe (sogenannte Polymere) sind im menschlichen Alltag allgegenwärtig. Unsere Regale, Spielzeug und CDs welche die Regalbretter füllen, der Boden auf dem die Regale stehen, und die Lacke die sie zum Glänzen bringen: All diese Gegenstände sind Kunststoff-basiert. Eine Polymer-Klasse die weniger bekannt aber keinesfalls minder bedeutsam ist, ist die Klasse der Hochleistungskunststoffe (engl. High-performance Polymers, HPPs). Hochleistungskunststoffe vereinen die für Polymere typische Leichtigkeit mit extremer Temperaturstabilität, sowie Stabilität gegenüber Chemikalien und mechanischer Belastung. Ursprünglich wurden HPPs für außergewöhnliche Anwendungen in der Raumschiff- oder Kraftwerkstechnikentwickelt. Heutzutage findet man HPPsin Alltagsgegenständen. Sie ersetzen manche Keramik- und Metallteile in Autos, Handys und Computern. Der größte Nachteil gängiger Hochleistungskunststoffe liegt in ihrer Herstellung. HPPs werden in energieaufwendigen Prozessen unter Verwendung giftiger Chemikalien hergestellt. Kürzlich wurde ein Methode an der Technischen Universität Wien entwickelt, mit der Polyimide, ein Hochleistungskunststoff-Klasse, in lediglich heißem Wasser bei erhöhten Drücken hergestellt werden können, die hydrothermal Polymerisation (HTP). Diese Herstellungsform ist an geologische Bildungsmechanismen hochkristallinier Mineralien angelehnt, so genannte hydrothermale Kristallisation. Wie ihr geologisches Pendant liefert auch HTP hochgeordnete Polyimide. Diese hohe Ordnung ist überaus Relevant: die erzielte Kristallinität fördert die Stabilität der Polyimidkunststoffe, was zu noch leistungsfähigeren Materialien führt. Im Projekt Polyimidpartikel-verstärkte Hochleistungscomposite sollen nun mittels HTP erzeugte, hochkristalline Polyimidpartikel verwendet werden um andere Kunststoffe zu verstärken. Hierdurch sollen Composite-Materialien von außergewöhnlicher thermischer, mechanische und chemischer Beständigkeit erzeugt werden. Die zur Verstärkung anvisierten Kunststoffe wurden allesamt auf Basis ihrer Verwendung in Luftfahrt und Elektronik ausgesucht, in Bereichen also in denen extreme Belastbarkeit und geringes Gewicht von höchster Bedeutung sind.

Im Projekt Polyimidpartikel-verstärkte Hochleistungscomposite wurden völlig neuartige Compositmaterialien, d. h. Werkstoffe die aus zwei miteinander verbunden Materialien bestehen, erzeugt. Um Hochleistungscomposite zu erzeugen, die außergewöhnliche thermische, mechanische und chemische Beständigkeit aufweisen, wurden jeweils zwei Materialkomponenten kombiniert, die bereits alleine in hochtechnologischen Sektoren wie der Luftfahrt und der Mikroelektronik Verwendung finden. Als Matrixmaterialien wurden etablierte Kunststoffe wie z. B. Polyimid und Epoxidsysteme verwendet. Diese wurden mit jüngst entwickelten hochkristallinen Polyimidpartikeln verstärkt, welche mittels des umweltfreundlichen Verfahrens hydrothermale Polymerisation (HTP) hergestellt wurden. HTP ist eine geomimetische Methode und als solche an geologische Bildungsmechanismen hochkristallinier Mineralien angelehnt. HTP erlaubt es Hochleistungskunststoffe, wie z. B. Polyimide, in lediglich heißem Wasser bei erhöhten Drücken herzustellen. Die Methode ist dadurch wesentlich umweltfreundlicher als gängige Prozesse zur Herstellung von Hochleistungskunststoffen, welche sehr energieaufwendig sind und der Verwendung giftiger Chemikalien bedürfen. Wie ihr geologisches Pendant liefert auch HTP hochgeordnete Polyimide. Diese hohe Ordnung ist überaus relevant: die erzielte Kristallinität fördert die Stabilität der Polyimidkunststoffe, was zu noch leistungsfähigeren Materialien führt. Durch die Einbringung hydrothermal erzeugter hochkristalliner Polyimidpartikel konnten Compositematerialien von gesteigerter thermischer, mechanischer und chemischer Beständigkeit erzeugt werden. Da sowohl die Matrixmaterialien als auch die Füllstoffe aus chemischer Sicht der Klasse organischer Polymere angehören, zeichnen sich die erzeugten Komposite durch geringes Gewicht aus. Dies ist besonders relevant für potentielle Anwendungen in Luft- und Raumfahrt, Elektronik und dem Automobilsektor, da in diesen Bereichen eine Kombination von extremer Belastbarkeit und geringem Gewicht von höchster Bedeutung ist.