Verfahrenstechnik: Neuartige Pulverbeschichtung verspricht bislang ungeahnte Einsatzmöglichkeiten
Kaltes Plasma verändert die Oberfläche des Materials

Mit Plasmaverfahren lassen sich die Oberflächeneigenschaften beliebiger Werkstoffe verändern. Was bereits in den Labors funktioniert, könnte im Massenmaßstab ganze Branchen umkrempeln.

DÜSSELDORF. Mit einer unscheinbaren Wirbelschicht-Anlage verknüpfen Forscher am Greifswalder Institut für Niedertemperatur-Plasma- physik (INP) große Erwartungen: Neue High-Tech-Werkstoffe könnten preisgünstig hergestellt werden, wenn die INP-Arbeitsgruppe um Moritz Heintze Recht behält. Insbesondere die Kunststoffindustrie zeigt Interesse an den neuen Materialien nach Maß.

Im Inneren der Pilotanlage schwirren winzig kleine Grafitfasern durcheinander. "Das Pulver wird einer Plasmabehandlung unterzogen. Wir bringen ihm so Eigenschaften bei, die es als Werkstoff später behält", sagt Heintze. Die Einsatzgebiete seien "fast nur eine Frage der Phantasie". Ob der Stoff später farbig schillern, Wasser abweisen oder Strom leiten soll - das Plasmaverfahren liefert Material nach Maß, das schon in Pulver- oder Granulatform an die spätere Aufgabe angepasst ist. Die Eigenschaften behält es auch nach der Verarbeitung zu einem Formteil - selbst wenn es um einen Schiffsrumpf geht.

Als eine Schlüsseltechnologie werden Plasmaverfahren immer stärker industriell genutzt. Von der Bio- und Medizintechnik über Fahrzeug- und Maschinenbau bis hin zur Textilwirtschaft besteht Potenzial, attestiert Prof. Jürgen Engemann vom Wuppertaler Forschungszentrum für Mikrostrukturtechnik. Der Plasma-Zustand wird auch als "vierter Aggregatzustand" bezeichnet. Er entsteht, wenn etwa mit Mikrowellen einem Gas Energie zugeführt wird. Äußere Elektronen lösen sich von den Gasatomen oder-molekülen ab und bilden mit ihnen ein Gemisch mit besonderen physikalischen Eigenschaften.

Im Wirbelschichtverfahren werden Gas und Pulver besonders gut durchmischt, die Behandlungszeit ist auf wenige Sekunden verkürzt. Um auch große Pulvermengen gleichmäßig und schnell zu behandeln, wurde die INP-Anlage so eingerichtet, dass bei laufendem Betrieb kontinuierlich Grafitfasern zu- und abgeführt werden können. Das Besondere: In der INP-Anlage funktioniert die Plasmabehandlung von Pulvern und Fasern auch mit größerem Materialumsatz - bisher im Kilogrammbereich.

"Unsere Vision ist vor allem für Kunststoffverarbeiter attraktiv", sagt Projektmitarbeiter Volker Brüser. Im Plasma hoch angeregte Sauerstoffmoleküle verändern die Oberfläche von Kohlefasern, die für stabile und trotzdem sehr leichte faserverstärkte Kunststoffe benötigt werden. "Wir arbeiten mit neuartigen Kohlefasern, namens Vapour Grown Carbon Fibre", erklärt Brüser. "Die können in hoher Qualität so günstig produziert werden, dass man erstmals an die Massenproduktion hochwertiger Verbundwerkstoffe denken kann."

Das vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt findet im Verbund mit der Fachhochschule Gelsenkirchen statt. "Wir wollen das in die Praxis überführen. Es geht um Massenware", sagt die dort tätige Professorin für Werkstoffkunde, Waltraut Brandl. Denkbar seien etwa Kunststoffrohre für Fußbodenheizungen, die im Plasmaverfahren besonders wärmeleitfähig gemacht würden.

Als Industriepartner ist die Kunststoffsparte von Degussa beteiligt: Kraftstoffleitungen in Autos sollen beispielsweise mit einer leichten elektrischen Leitfähigkeit versehen werden. Das würde verhindern, dass über gefährliche elektrostatische Aufladungen Funken an den Benzinleitungen entstehen können.

Auch Verfahrenstechniker der Johannes Kepler-Universität in Linz entwickeln derzeit nicht-thermische Plasmaverfahren zur Marktreife. Wasserabweisende Textilien für Sportbekleidung aus Natur- oder Kunstfasern können gleichzeitig dampfdurchlässig und saugfähig gemacht werden - Eigenschaften, die sonst einander ausschließen.

Institutsvorstand Wolfgang Samhaber erwartet, dass die Technologie in drei bis fünf Jahren in ersten Folienmaschinen angewendet wird. Mit ihnen könnten Kunststofffolien an ihrer Oberfläche so modifiziert werden, dass sie Flüssigkeiten nicht mehr abstoßen und somit besser beschreibbar und bedruckbar werden.

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