Charakterisierung der Emissionen bei der mechanischen Bearbeitung von Nanokompositen

Status:

abgeschlossen 04/2013

Zielsetzung:

Die Verwendung von Nanomaterialien wird als eine der bedeutsamen Technologien des 21. Jahrhunderts betrachtet. Zunehmend werden dabei Nanomaterialien in bekannte Werkstoffe (Polymere, Metalle) eingebracht, um neue Produkteigenschaften zu erzielen. Im Verlauf des Lebenszyklus dieser neuen Nanokomposite ist es wahrscheinlich, dass sie in bestimmten Fälle mechanisch bearbeitet werden, beispielsweise durch Bohren oder Schleifen. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung des bei der mechanischen Bearbeitung von Nanokompositen entstehenden Emissionen, insbesondere hinsichtlich freiwerdender Nanopartikel.

Aktivitäten/Methoden:

Am Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik der Universität Kaiserslautern kommen im Rahmen der Untersuchungen entweder fertig erhältliche (beispielsweise Zentallium; ein Aluminium-CNT-Komposit), oder in den eigenen Labors hergestellte Nanokomposite (Epoxidharz mit CNT) zum Einsatz. Auf einem speziell für die Untersuchungen errichteten Prüfstand werden die Nanokomposite mechanisch bearbeitet und die dabei auftretenden Emissionen untersucht. Hierzu werden sammelnde Verfahren für bildgebende Methoden (Elektronenmikroskopie) und direkt anzeigende, zählende Verfahren (Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS; Electrical Low Pressure Impactor, ELPI) eingesetzt.

Ergebnisse:

Die Universität Kaiserslautern ermittelte in den Schleifversuchen mit CNT-Epoxidharz-Verbundwerkstoffen die größte Anzahl an freigesetzten Partikeln im Submikrometer-Bereich. Die freigesetzten Partikel, die mittels ELPI oder elektrostatischem Abscheider gesammelt wurden, weisen unter dem Rasterelektronenmikroskop teilweise freiliegende Faserenden auf. Vereinzelte, freie CNTs konnten nicht nachgewiesen werden. Eine toxikologische Bewertung solcher Kompositpartikel ist noch nicht bekannt. Aufbauend auf diesen Erfahrungen wurde vom IFA ein Vorschlag zur Untersuchung von gesammelten nanoskaligen Partikeln mittels rasterelektronenmikroskopischer Auswertung entwickelt. Mittels vorgeschlagener Zählkriterien sollen die Anzahl von Nanoobjekten sowie CNTs und Partikeln mit oberflächlich eingebetteten CNTs auf Filtern ermittelt werden.

Stand: