Wenn ein thermoplastischer Kunststoff auf Nanopartikel trifft, kann Großes entstehen. Erfahren Sie in diesem Artikel, welche Vorteile mit Nanomaterialien modifizierte Thermoplaste haben und wie auch Ihr Unternehmen davon profitieren kann.

Multitalent mit Potenzial

Thermoplastischer Kunststoff ist aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Von einfachen PET-Flaschen und Verpackungsfolien bis hin zum Einsatz in der Medizin- und Pharmabranche oder der Großindustrie reicht die Bandbreite der Werkstoffe. Doch die Anforderungen an das Material steigen immer weiter: Aspekte wie Nachhaltigkeit und Miniaturisierung, aber auch neue Verfahren und Technologien wie die additive Fertigung fordern den verwendeten Werkstoffen immer mehr ab.

Wie lässt sich noch mehr aus thermoplastischem Kunststoff herausholen?

Die Nachfrage nach Hochleistungswerkstoffen steigt. Dabei handelt es sich um Materialien, die durch bestimmte Zusätze oder eine spezielle Verarbeitungsweise deutlich verbesserte Eigenschaften im Vergleich zu klassischen Materialien aufweisen. Wenn wir über thermoplastische Kunststoffe reden, geht es dabei um die Aufteilung zwischen einfachen Massenkunststoffen, bereits besser aufgestellten technischen Kunststoffen und den Top-Performern der Hochleistungskunststoffe.

Angenommen, Sie arbeiten bereits mit einem technischen thermoplastischen Kunststoff und brauchen nun für eine neue Anwendung ein Material, das in einer oder mehreren Eigenschaften deutlich mehr leistet – zum Beispiel hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften. Müssen Sie sich dann einen völlig neuen Werkstoff aus der Reihe der Hochleistungskunststoffe suchen und hoffen, dass das neue Material Ihre Anforderungen erfüllt? Die Antwort lautet: Nein.

Modifikation thermoplastischer Kunststoffe ganz ohne Kompromisse

Es gibt diverse Möglichkeiten, thermoplastische Kunststoffe zu modifizieren und so praktisch in einen Hochleistungskunststoff zu verwandeln. Bei gängigen Füllstoffen handelt es sich in der Regel um gröbere Partikel in Mikrongröße, d.h. in einer Größe von mehr als 10 Mikrometern. Sobald Sie den Füllstoff allerdings dem Kunststoff hinzugeben, kommt es zu einem unbeliebten Problem: bestimmte Eigenschaften werden verbessert, während Sie aber bei anderen wichtigen Eigenschaften Abstriche machen müssen.

Ärgerlich – aber mittlerweile zum Glück kein Thema mehr. Denn dank ihres geringen Füllgrads können Sie beim Einsatz von Nanopartikeln nämlich auf solche Kompromisse verzichten.

Vorteile beim Einsatz von Nanopartikeln

Im Vergleich zu anderen Füllstoffen mit gröberen Partikeln vereinen nanomodifizierte thermoplastische Kunststoffe gleich mehrere Vorteile in sich, die sie zu (fast) unschlagbaren Partnern für die Industrie machen können.

Vorteil 1: Verbesserte Qualität der Werkstücke aufgrund geringerer Gefahr von Rissbildungen

Werden herkömmliche Materialien oder Additive genutzt, um thermoplastischem Kunststoff verbesserte oder gänzlich neue Eigenschaften zu verleihen, gehen damit oftmals einige unerwünschte Effekte einher. Zum Beispiel:

  • Mikrorisse durch zu große Partikel oder ungünstig geformte Additiv-Strukturen (z.B. Nadeln)
  • Gegensätze zwischen Material und Matrix (z.B. Glasfasern in mechanisch nicht stabilem Kunststoff, thermisch ungleichmäßig verteilte Bereiche oder ungewollte leitfähige Bereiche neben elektrisch isolierenden Bereichen) können Sollbruchstellen hervorrufen
  • Wechselwirkungen zwischen Additiv und Matrix
  • Unerwünschte Eigenschaften des Additivs selbst

Nutzen Sie Nanopartikel für die Verbesserung Ihrer thermoplastischen Kunststoffe, ist dieses Phänomen kein Problem. Die kleinen Partikel verteilen sich gleichmäßig in der Kunststoffmatrix, ohne diese in ihren mechanischen Eigenschaften zu beeinflussen. Sie minimieren die Gefahr von Rissbildungen und erhöhen so die Lebensdauer des fertigen Werkstücks.

Vorteil 2: Breites Spektrum an Eigenschaftsverbesserungen

Nanomodifizierte thermoplastische Kunststoffe bringen hinsichtlich einer Vielzahl von Eigenschaften deutliche Verbesserungen im Vergleich zum Ausgangsmaterial. Oftmals können dabei sogar mehrere Eigenschaften gleichzeitig mit nur einem Nanozusatz positiv beeinflusst werden – ohne dass Sie dabei negative Effekte wie geringere Festigkeit, Steifigkeit oder Zähigkeit in Kauf nehmen müssen.

Thermoplastische Kunststoffe, die beispielsweise mit Nanopartikeln auf Wolframbasis modifiziert werden, weisen in den verschiedensten Bereichen Verbesserungen auf, u.a. hinsichtlich:

  • thermische Beständigkeit
  • UV-Strahlenschutz durch Absorptionseigenschaften von z.B. Wolfram
  • Mechanische Belastbarkeit
  • Korrosionsbeständigkeit

Vorteil 3: Kosten- und zeiteffizientere Verfahren

Wie erwähnt stellt die Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen Unternehmen oftmals vor große Herausforderungen. Denn die gewohnten Produktionsstraßen können nicht mehr genutzt werden, neue Maschinen und Prozesse müssen etabliert werden. Diese Umstellung ist kosten- und zeitintensiv, sodass am Ende nicht selten höhere Kosten für den Endkunden entstehen – und damit manchmal ein Nachteil im Wettbewerb. In der umkämpften Kunststoffbranche ein großes Thema.

Geben Sie Ihrem Werkstoff jedoch ein vordispergiertes, hochkonzentriertes Granulat auf Nanobasis hinzu, gewährleisten Sie eine homogene Verteilung in der Matrix. So können Sie Ihre faserverstärkten Kunststoffe sicherer und ohne Eingriffe in Ihre bewährten Prozessen verarbeiten.

Aufgrund der besonderen Eigenschaften von Nanopartikeln reicht übrigens schon eine Menge von etwa 1 % (gemessen an der Gesamtmenge) aus, um gleich zwei Vorteile zu erzielen:

  • Sie verbessern die gewünschten Eigenschaften um bis zu 50 %.
  • Durch die Erhöhung der Festigkeit minimieren Sie den Materialeinsatz. Dadurch muss weniger Material verwendet werden, was sämtliche Kosten, die im Herstellungsprozess anfallen, ebenfalls minimiert (das Grundprinzip im Leichtbau).

Durch die Zugabe von Nanopartikeln zu Ihrem thermoplastischen Kunststoff können Sie die Materialeigenschaften schon mit vergleichsweise niedriger Investition optimieren. Mit diesem Schritt können Sie nicht nur Ihre Wettbewerbsfähigkeit sichern, sondern Sie sogar verbessern.

So wird thermoplastischer Kunststoff zum High-Performer

Vielseitig war die Gruppe der thermoplastischen Kunststoffe schon immer. Nun gibt es Wege, um noch mehr aus den Materialien herauszuholen. Statt auf einen kompletten Wechsel zu einem komplexen Hochleistungskunststoff zu setzen, können Sie auch mit dem passenden Additiv auf Nanobasis Großes bewirken. So bleiben Sie mit Ihrem Unternehmen zukunftsfähig und der Konkurrenz immer einen Schritt voraus.