Polymerwerkstoffe – Wo geht die Reise hin?

Vom 29. bis 30. September 2021 finden die Irradiation Service Days von BGS Beta-Gamma-Service statt. In virtueller Umgebung dreht sich dann alles um die Themen Strahlenvernetzung und Strahlensterilisation. In einer Reihe von  Fachvorträgen geben Experten Antworten auf drängende Fragen und gewähren Einblicke in heutige und zukünftige Anwendungsgebiete der Strahlenvernetzung. 

Vorab stellt sich Prof. Martin Bonnet, Professor für Werkstofftechnik und Kunststoffe
an der TH Köln, in einem Kurzinterview den Fragen der PLASTVERARBEITER-Redaktion:

Sehen Sie die Chance, dass biobasierte Kunststoffe auch strahlenvernetzbar
werden?

Per Definition versteht man unter biobasierten Kunststoffen solche, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe erzeugt werden. Entscheidend für die Strahlenvernetzbarkeit ist nicht so sehr die Rohstoffbasis, als vielmehr die sich ergebenden makromolekularen Strukturen. Schon heute lassen sich etliche Kunststoffe, die schon seit vielen Jahren als konventionelle Kunststoffe strahlenvernetzt werden, auch biobasiert herstellen. So lassen sich verschiedenste Polyamide aus Rizinusöl als Rohstoffbasis herstellen. "Dieses Öl stammt aus dem Samen des sogenannten Wunderbaums, der weder als Nahrungsmittel noch als Futtermittel genutzt wird, und dessen Anbau nicht mit dem Anbau von Nahrungsmitteln konkurriert." So lassen sich heute PA 610, PA 1010 aber auch PA 11 und PA 12 biobasiert herstellen. Diese bieten das Potential für die Strahlenvernetzung, wie die rein erdölbasierten Typen. Bei allen Polyamiden muss jedoch mit Vernetzungsadditiven gearbeitet werden, welche die Vernetzung erst ermöglichen. Ganz ohne zusätzliche Additive kommt z.B. Polyethylen aus, welches es bereits seit einigen Jahren als biobasierte Type gibt, die z.B. aus Zuckerrohr als Rohstoffbasis gewonnen wird. Auch diese Typen lassen sich hervorragend strahlenvernetzten.

Wie wirkt sich der Füllgrad auf die Strahlenvernetzbarkeit aus?

Hier gibt es keine one-fits-all Antwort, da dafür die Eigenschaften der verschiedensten Füllstoffe und ihre Wechselwirkung mit der hochenergetischen Strahlung zu unterschiedlich sind. Polyamide, die aktuell vernetzt werden, sind häufig mit 30 % Kurzglasfasern verstärkt. Hier ist bekannt, dass die Vernetzung die Faser-Matrix-Haftung verbessert und damit nicht nur die thermischen, sondern auch mechanischen Eigenschaften durch die Strahlenvernetzung verbessert werden können. Bei rußgefüllten Kunststoffen absorbiert der Ruß dagegen einen Teil der Strahlenleistung und inhibiert damit den Vernetzungsprozess. Der Effekt ist natürlich von der Rußkonzentration abhängig, so dass er vor allem bei hochgefüllten Typen zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit oder auch der Wärmeleitfähigkeit zum Tragen kommt. Hier kann jedoch mit höheren Strahlendosen gegengesteuert werden.

Welche neuen Anwendungsfelder der Strahlenvernetzung hält die neue Mobilität bereit?

Die "neue Mobilität" bringt vor allem neue Antriebstechnologien mit sich. Hier sehe ich z.B. in der Batterietechnik (bspw. Batteriegehäuse) großes Potenzial für die Strahlenvernetzung. Aber auch die allgemein zunehmende Elektrifizierung in Fahrzeugen führt zu immer mehr Kabeln, die auch heute schon großteils strahlenvernetzt sind und bei denen nicht nur der mengenmäßige Einsatz, sondern sicher auch die Anforderungen weiter steigen werden, so dass der Strahlenvernetzung hier eine immer wichtigere Bedeutung zukommen wird. Und schließlich werden auch die bereits seit Jahren andauernden Bemühungen zur Gewichtsreduzierung und damit Reduzierung des Energieverbrauchs weiter anhalten. Hier werden weiter metallische Werkstoffe durch Kunststoffe substituiert werden. Um hier die notwendigen Wärmeformbeständigkeiten garantieren zu können, werden sicher auch eine Vielzahl strahlenvernetzter Kunststoffbauteile zum Einsatz kommen.