Füllstoffe aus Nanopartikeln
Kleinste Rußteilchen machen Lkw-Reifen haltbarer

Mit nanostrukturiertem Ruß als Füllstoff will der Chemiekonzern Degussa die Lebensdauer und den Rollwiderstand von Lkw-Reifen verbessern.

HB DÜSSELDORF. "Autoreifen bestehen heute aus High-Tech-Verbundstoffen, die aus speziell konzipierten organischen und anorganischen Materialien bestehen", erläutert Dr. Reinhard Stober, Forschungsleiter bei Degussa, die Innovation. "Verstärkende Materialien wie Industrieruße und Kieselsäuren haben zusammen mit Organosilanen zur heutigen Leistungsfähigkeit der Reifen - auch unter extremen Bedingungen - beigetragen."

Fahreigenschaften, Bodenhaftung und Bremsverhalten auf trockener und nasser Fahrbahn sowie der Rollwiderstand (geringerer Kraftstoffverbrauch) sowie die Lebensdauer sind die wichtigsten Kriterien, an denen die Reifen gemessen werden. "Bislang war es nicht gelungen, eine dieser Eigenschaften zu verbessern, ohne dass eine der anderen darunter gelitten hätte", beschreibt der Forschungsleiter die Herausforderung. Mit dem Einsatz von nanostrukturiertem Ruß sei es nun gelungen, diese Grenzen des so genannten magischen Dreiecks auch mit Industrieruß zu durchbrechen. Die neuen Lkw-Reifen sollen laut Degussa länger halten und gleichzeitig einen geringeren Rollwiderstand besitzen, was sich in einem niedrigeren Benzinverbrauch niederschlagen soll.

Die neuen Industrieruße werden mit definierten technischen Eigenschaften industriell in großen Mengen produziert. Damit wurde die Herstellung kostengünstig und für die Autoindustrie interessant. Die Ruße beeinflussten als verstärkende Füllstoffe die Gebrauchseigenschaften der Autoreifen. Außer Industrieruß werden seit Jahren auch Kieselsäuren in Verbindung mit speziellen Organosilanen in den Laufflächen von Pkw-Reifen eingesetzt, wodurch Eigenschaften wie Rollwiderstand, Nassrutschfestigkeit und Abrieb, "die in konventionellen Systemen nur bedingt und unter gegenseitiger Beeinträchtigung optimiert werden konnten, nun umfassend verbessert wurden", erläutert der Degussa-Forschungsleiter.

Durchbruch bei LKW-Reifen fehlte bisher

Während die Reifenhersteller im Laufe der Jahre ihre Pneus für die Pkw mit immer besseren Eigenschaften ausstatten konnten, fehlte der Durchbruch bei den Reifen für die Lkw. Hier werden vor allem höhere Anforderungen an die Haltbarkeit gestellt. "Durch die großen Lasten und langen Laufzeiten kommt es zu einer hohen Wärmebildung, die den Verschleiß erhöht", beschreibt Reinhard Stober das Problem, das Degussa mit neuartigen Rußpartikeln nun gelöst hat. "Die Nanopartikel haben eine rauere Oberfläche, wodurch die Wechselwirkung des Füllstoffes mit den Polymerketten des Kautschuks verstärkt wird." Dadurch werde die Wärmebildung verringert, der Verschleiß der Reifen nimmt ab. Bei Tests mit der neuen Reifenmischung habe sich zudem herausgestellt, dass auch der Rollwiderstand verringert werde.

Seit rund eineinhalb Jahren werden die neuen Lkw-Reifen von führenden Herstellern wie Michelin, Bridge Stone, Continental und Goodyear in der Praxis ausprobiert. Die Firmen verfügen über ausgeklügelte Testverfahren. Noch geben sich die Hersteller zurückhaltend, erst Mitte nächsten Jahres sei mit einer Bewertung der neuen Produkte zu rechnen. Der Degussa-Forschungsleiter ist da schon zuversichtlicher; er hofft, dass bereits in der zweiten Hälfte 2002 mit der Produktion der Lkw-Reifen begonnen werden kann.

Neben nanostrukturierten Rußpartikeln und Organosilanen stellt Degussa zahlreiche andere Füllstoffe her, die u.a. in Farben verwendet werden. Auch dabei handelt es sich um Nanoteilchen, die zwischen einem Millionstel und 100 Millionstel Millimeter groß sind - mehr als 1 000 Mal kleiner als der Durchmesser eines Haars.

Bei diesen Dimensionen ist es nicht mehr nur die chemische Zusammensetzung allein, sondern es sind auch die Größe und Form der Partikel, die die Eigenschaften bestimmen. Optische, elektrische und magnetische Eigenschaften, aber auch Härte, Zähigkeit oder Schmelzpunkt von Nanomaterialien unterscheiden sich deutlich von denen der makroskopischen Festkörper. Die Nanomaterialien werden dabei in der Gasphase hergestellt: bei Temperaturen bis zu 10 000 Grad Celsius.

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