Selbstheilende Dichtungen

Völlig unerwartet kann es passieren: Autoreifen platzen, Dichtungsringe versagen, auch der viel geliebte Panton Chair, der freischwingende Kunststoffstuhl, wird rissig und das Material ermüdet. Ursache ist oftmals plötzliches, unvorhergesehenes Materialversagen – ausgelöst durch Mikrorisse, die in jedem Bauteil vorhanden sein können. Diese Risse wachsen langsam oder schnell, sie sind jedoch kaum zu erkennen. Dies gilt auch für Brüche in Bauteilen aus elastisch verformbarem Kunststoff. Dichtungsringe oder etwa Reifen bestehen aus solchen Elastomeren, die hohen mechanischen Belastungen besonders gut standhalten.
Um das Risswachstum bereits in der Anfangsphase zu unterbinden und spontanes Materialversagen zu vermeiden, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen im BMBF-Projekt »OSIRIS« selbstheilende Elastomere entwickelt, die sich autonom reparieren können. Inspirationsquelle waren der Kautschukbaum Hevea brasiliensis und milchsaftführende Pflanzen wie die Birkenfeige. Der Milchsaft enthält Kapseln, die mit dem Protein Hevein gefüllt sind. Wird der Kautschukbaum 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 und statteten sie mit Ionen aus. Die bei einer Verletzung freigesetzten Hevein-Proteine verbinden sich durch Ionen miteinander und verkleben bei diesem Prozess – der Riss schließt sich. Wird also das Material des Elastomers beschädigt, so suchen sich die gegensätzlich geladenen Teilchen einen neuen Bindungspartner – ein Plus-Ion zieht ein Minus-Ion an und entfaltet so eine klebende Wirkung.

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