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14.03.2011

Selbstheilende Elastomere

Rissverschluss bei einer polymeren Selbstheilungskomponente (© Fraunhofer Umsicht)

Rissverschluss bei einer polymeren Selbstheilungskomponente (© Fraunhofer Umsicht)

Mikrorisse lösen in Elastomerbauteilen wie Dichtungsringen oder Reifen oftmals ein plötzliches, unvorhergesehenes Materialversagen aus. Um das Risswachstum bereits in der Anfangsphase zu unterbinden und spontanes Materialversagen zu vermeiden, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts UMSICHT Elastomere entwickelt, die sich selbst reparieren können. Inspirationsquelle waren milchsaftführende Pflanzen wie der Kautschukbaum und die Birkenfeige. Der Milchsaft dieser Pflanzen enthält Kapseln, die mit dem Protein Hevein gefüllt sind. Wird die Pflanze verletzt, so tritt der Milchsaft aus, die Kapseln brechen auf und setzen Hevein frei. Das Protein vernetzt dann die ebenfalls im Milchsaft enthaltenen Latexpartikel zu einem Wundverschluss.

Dieses Prinzip übertrugen die Wissenschaftler auf Elastomere aus synthetischem Kautschuk. Als klebendes Material wurde Polyisobutylen in das Elastomer eingebracht. Probekörper aus unterschiedlichen synthetischen Kautschuken zeigten daraufhin ein deutliches Selbstheilungsverhalten: Nach einer Heildauer von 24 Stunden betrug die wiederhergestellte Zugdehnung 40 Prozent.

Der Prozess der Selbstheilung lässt sich noch weiter verbessern, indem die Elastomere mit Ionen ausgestattet werden. Auch bei dieser Methode diente der Kautschukbaum als Vorbild: Die bei einer Verletzung freigesetzten Hevein-Proteine verbinden sich durch Ionen miteinander und verkleben bei diesem Prozess. Wird also das Elastomer beschädigt, so suchen sich die gegensätzlich geladenen Teilchen einen neuen Bindungspartner und sorgen dafür, dass Risse sich wieder schließen.

Ähnliche Selbstreparatureffekte wurden im Rahmen anderer Forschungsprojekte bereits für PUR-Syteme entdeckt. So berichtete die Rampf Gießharze GmbH &Co. KG, Grafenberg, im März 2010 über selbstheilende PUR-Beschichtungen für Kunststoffmembranen in pneumatischen Systemen. In einem Artikel, der im März 2009 erschienen ist, beschrieb eine Forschungsgruppe der Universität von Southern Mississippi einen PUR-Heilungsprozess, der durch UV-Strahlung ausgelöst wird.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Osterfelder Straße 3
DE 46047 Oberhausen
Tel: +49 208 8598-0
Fax: +49 208 8598-1290


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