Selbstheilende Kompositwerkstoffe.

Ein neuartiger, selbstheilender Polymerwerkstoff könnte helfen, brechende Flugzeugtragflächen, Elektronikplatinen oder z.B. Tennisrackets vor dem Versagen zu schützen. Ein derartiges „cleveres“ Kompositmaterial könnte die zerstörerischen Effekte der Materialermüdung lindern, sagen die Entwickler Scott White und Mitarbeiter von der University of Illinois in Urbana-Champaign1.

Kompositwerkstoffe als Konstruktionsmaterial bestehen aus Glas-, Kohlenstoff- oder Polymerfasern, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Wenn sie Vibrationen, Belastungen und Spannungen ausgesetzt werden, entwickeln diese Materialien winzige Risse, die größer und größer werden bis zum vollständigen Materialversagen (Bruch).

White’s Team löste das Problem durch Einbettung von winzigen Kapseln in die Polymermatrix. Wenn ein Riss entsteht, zerstört er die Kapseln, die ein flüssiges Monomer enthalten. Die flüssigen Moleküle kommen in Kontakt mit einem Katalysator, der ebenfalls in die Polymermatrix eingebettet ist, welcher das „heilende“ Monomer zur Polymerisation bringt.

Das Endresultat ist ein ausgedehntes Polymernetzwerk entlang dem Riss, welches die Bruchflächen miteinander verbindet. 

Als White’s Team einen Prüfkörper des sorgfältig präparierten neuartigen Materials zerstörten und ihm zwei Tage lang erlaubten, sich zu regenerieren, fanden sie, dass die Risse ausgeheilt waren und das Material 75% seiner Ausgangsfestigkeit wieder erlangte hatte.

Wenngleich die Kostenfrage wesentlich für die Einsatzentscheidung für die neue selbstheilende Werkstoffgruppe ist, so könnte sich eine attraktive Option in Fällen ergeben, wo es nicht möglich oder unpraktisch ist, ein Material nach der Nutzung zu reparieren. Dies ist z.B. bei Prothesen, künstlichen Organen, großen Brücken oder Satelliten der Fall.

1.White, S. R. et. Al. Autonomic healing of polymer composites. Nature 409, 794-797 (2001).

Ins Netz gestellt am 01.02.2001

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