TY - BOOK

T1 - Neue Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von Elastomeren für Anwendungen in der Medizin- und Elektrotechnik

AU - Lenko, Dietmar

N1 - nicht gesperrt

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Die Eigenschaften von Materialoberflächen wie Benetzung, Polarität, Reibung oder Adhäsion spielen in vielen technischen Anwendungsbereichen eine wesentliche Rolle. Das Ziel der vorliegenden Arbeit umfasst die Entwicklung von neuen Verfahren zur Modifizierung von Elastomeroberflächen, die eine kontrollierte Einstellung von tribologischen Eigenschaften und eine gezielte Optimierung von Haftungseigenschaften ermöglichen. Die Anzieheigenschaften von Latextauchartikeln (u.a. Handschuhe) aus Naturkautschuk und synthetischen Latices werden vorwiegend durch die Reibeigenschaften des elastomeren Materials beeinflusst. Derzeit werden in industriellen Prozessen aufwendige Chlorierverfahren durchgeführt, die durch den Einsatz von toxischen Prozesschemikalien (u.a. Chlorgas) und langen Reaktionszeiten gekennzeichnet sind, um gleitfähige Elastomeroberflächen zu erhalten. In Rahmen dieser Arbeit wurden neue alternative Verfahren zur Funktionalisierung von Dienkautschuk-Oberflächen entwickelt und diskutiert. Dabei wurden sowohl nasschemische Verfahren (z.B. Epoxidierung), Verfahren in der Gasphase (Fluorierung), photochemische Methoden wie auch neue polymere Beschichtungen untersucht. Die Eigenschaften der modifizierten Oberflächen wurden mittels spektroskopischen Methoden (ATR-IR, XPS), Kontaktwinkel- und Zetapotentialmessung sowie REM-EDX charakterisiert. Zur Bestimmung der tribologischen Eigenschaften wurde eine neue Messmethode entwickelt, die eine gute Korrelation mit humantribologischen Ergebnissen und den empirisch bewerteten Anzieheigenschaften aufweist. Der zweite Abschnitt der Dissertation ist auf die Entwicklung von neuen Verbundmaterialien fokussiert, die eine verbesserte Delaminationsbeständigkeit aufweisen und im elektrischen Hochspannungsbereich als Isolationsmaterial eingesetzt werden können. Zur Vermeidung von Delaminationen in Hochspannungsisolationen, die die Lebensdauer von Generatoren maßgeblich beeinflussen, wurden neue elastomere Dämpfungsmaterialien eingesetzt. Auf Grund der Anforderungen an die Temperaturstabilität (bis zu 180 °C) und an elektrischen Eigenschaften werden Silikonelastomere verwendet. Um eine gute Haftung bzw. kovalente Bindung zwischen der Harzmatrix und dem Silikonelastomer zu erreichen, wurde die Silikonoberfläche gezielt modifiziert. Die Ergebnisse zeigen, dass die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe durch den Einbau der funktionalisierten Silikonmaterialien kontrolliert eingestellt werden können, ohne die elektrischen Eigenschaften zu beeinflussen. Die Charakterisierung von ersten Isolationsprotypen im großtechnischen Maßstab lässt den Schluss zu, dass mit den neuen Dämpfungselementen eine erhöhte Lebensdauer und verbesserte Delaminationsbeständigkeit erzielt werden kann. Die vorliegende Arbeit gibt daher einen umfassenden Überblick, wie spezielle Fragestellungen aus der Industrie mit Hilfe der Oberflächenchemie gelöst werden können.

AB - Die Eigenschaften von Materialoberflächen wie Benetzung, Polarität, Reibung oder Adhäsion spielen in vielen technischen Anwendungsbereichen eine wesentliche Rolle. Das Ziel der vorliegenden Arbeit umfasst die Entwicklung von neuen Verfahren zur Modifizierung von Elastomeroberflächen, die eine kontrollierte Einstellung von tribologischen Eigenschaften und eine gezielte Optimierung von Haftungseigenschaften ermöglichen. Die Anzieheigenschaften von Latextauchartikeln (u.a. Handschuhe) aus Naturkautschuk und synthetischen Latices werden vorwiegend durch die Reibeigenschaften des elastomeren Materials beeinflusst. Derzeit werden in industriellen Prozessen aufwendige Chlorierverfahren durchgeführt, die durch den Einsatz von toxischen Prozesschemikalien (u.a. Chlorgas) und langen Reaktionszeiten gekennzeichnet sind, um gleitfähige Elastomeroberflächen zu erhalten. In Rahmen dieser Arbeit wurden neue alternative Verfahren zur Funktionalisierung von Dienkautschuk-Oberflächen entwickelt und diskutiert. Dabei wurden sowohl nasschemische Verfahren (z.B. Epoxidierung), Verfahren in der Gasphase (Fluorierung), photochemische Methoden wie auch neue polymere Beschichtungen untersucht. Die Eigenschaften der modifizierten Oberflächen wurden mittels spektroskopischen Methoden (ATR-IR, XPS), Kontaktwinkel- und Zetapotentialmessung sowie REM-EDX charakterisiert. Zur Bestimmung der tribologischen Eigenschaften wurde eine neue Messmethode entwickelt, die eine gute Korrelation mit humantribologischen Ergebnissen und den empirisch bewerteten Anzieheigenschaften aufweist. Der zweite Abschnitt der Dissertation ist auf die Entwicklung von neuen Verbundmaterialien fokussiert, die eine verbesserte Delaminationsbeständigkeit aufweisen und im elektrischen Hochspannungsbereich als Isolationsmaterial eingesetzt werden können. Zur Vermeidung von Delaminationen in Hochspannungsisolationen, die die Lebensdauer von Generatoren maßgeblich beeinflussen, wurden neue elastomere Dämpfungsmaterialien eingesetzt. Auf Grund der Anforderungen an die Temperaturstabilität (bis zu 180 °C) und an elektrischen Eigenschaften werden Silikonelastomere verwendet. Um eine gute Haftung bzw. kovalente Bindung zwischen der Harzmatrix und dem Silikonelastomer zu erreichen, wurde die Silikonoberfläche gezielt modifiziert. Die Ergebnisse zeigen, dass die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe durch den Einbau der funktionalisierten Silikonmaterialien kontrolliert eingestellt werden können, ohne die elektrischen Eigenschaften zu beeinflussen. Die Charakterisierung von ersten Isolationsprotypen im großtechnischen Maßstab lässt den Schluss zu, dass mit den neuen Dämpfungselementen eine erhöhte Lebensdauer und verbesserte Delaminationsbeständigkeit erzielt werden kann. Die vorliegende Arbeit gibt daher einen umfassenden Überblick, wie spezielle Fragestellungen aus der Industrie mit Hilfe der Oberflächenchemie gelöst werden können.

M3 - Dissertation

ER -