Auswahl und Charakterisierung von Klebstoffschichten auf RF-Aerogelen

Kurzfassung

Mit dem im September 2010 von der Bundesregierung verabschiedeten Energiekonzept kommen große Herausforderungen auf die Industrie in Deutschland, aber auch auf die einzelnen Verbraucher zu: Bis 2050 sollen nicht nur die Emissionen von Treibhausgasen um 80% gegenüber 1990 reduziert werden, sondern auch der Hauptanteil des Energiebedarfs durch erneuerbare Energien erbracht werden [1]. Ein wichtiger Aspekt bei der Verfolgung dieser Ziele ist die Steigerung der Energieeffizienz, wobei vor allem die Gebäude mit 40% des Gesamtenergieverbrauchs im Fokus stehen. Sie verursachen alleine etwa ein Drittel aller CO2-Emissionen in Deutschland, sodass der Bedarf an Innovationen zur Sanierung energetisch veralteter Häuser und im Neubau groß ist [2]. Ebenfalls vor Herausforderungen im Bereich der Energieeffizienz steht die Automobilindustrie: Bis 2020 müssen die CO2-Emissionen der Fahrzeuge unter 95 Gramm pro Kilometer gesenkt werden, was einem Verbrauch von etwa 4 Litern Benzin pro 100 Kilometer entspricht. Das größte Einsparpotenzial liegt im Gewicht des Fahrzeuges. Bei Konstrukteuren gilt die Faustregel, dass eine Reduzierung des Gewichtes um 100 Kilogramm den Verbrauch bis zu einen halben Liter senkt [3]. Um die oben genannten Problemstellungen zu beheben, ist der Einsatz alternativer Materialien mit verbesserten Eigenschaften, in diesen Fällen bessere Isolationseigenschaften (Wärmedämmung) und geringere Dichte, notwendig. Eine Materialklasse, die diese Eigenschaften miteinander kombiniert, sind die Aerogele: hochporöse Materialien, bei welchen die Porenflüssigkeit des Gels durch Luft ausgetauscht ist, wobei die Struktur der Poren und des Teilchennetzwerkes weitgehend erhalten bleibt [4]. Aufgrund der Porosität von bis zu 99,8% werden Aerogele neben einer für Feststoffe geringen Dichte von 0,004-0,500 g cm-3 auch durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit (0,012-0,021 W m-1K-1 in Luft bei 300K) sowie eine hohe spezifische innere Oberfläche (100-1600 m2 g-1) charakterisiert [5]. Somit zeigen Aerogele im Vergleich zu anderen verwendeten Isoliermaterialien wie beispielsweise Styropor geringere Wärmeleitfähigkeiten, zudem sind umweltfreundlicher in der Entsorgung und wirken als Brandschutz [6]. Im Vergleich zum Leichtbaumetall Aluminium weisen sie nur der Dichte oder weniger auf. Aerogele werden sowohl auf organischer (meist Resorcin- Formaldehyd-Aerogele [RF]), als auch auf anorganischer Basis (meist Silica-Aerogele) hergestellt. Hier heben sich die organischen RF-Aerogele von den anorganischen Silica-Aerogelen insofern hervor, dass sie eine noch geringere Wärmeleitfähigkeit besitzen und steifer, sowie fester als Silica Aerogele sind [5]. Somit bieten die RF-Aerogele die geforderten Eigenschaften zum Einsatz im Bauwesen, sowie in der Automobilindustrie. Jedoch fehlt für den Einsatz der Aerogele noch die Optimierung der mechanischen Eigenschaften sowie der Haptik: Die Aerogele sind spröde, zeigen Steifigkeiten von nur 0,1- 28 MPa und ihre Oberfläche ist staubig[7]. Zur Lösung dieses Problems bietet sich die Produktion eines Sandwichverbundes aus RF-Aerogel, Waben und Deckschicht an; die Waben verbessern die mechanische Performance der Aerogele [8] und die Kaschierung bietet eine funktionsgerechte Haptik ohne Staub. Zudem dient sie als zusätzlicher Stabilisator. Es liegen schon erste Veröffentlichungen zur Kombination von Aerogeln mit Waben (Aramidwaben) vor [8], jedoch wurden bisher keine Versuche zur Kaschierung unternommen. Diese Bachelorarbeit thematisiert die Auswahl geeigneter Klebstoffe zur Kaschierung des Aerogel-Waben-Verbundes, um dem Ziel eines optimierten Werkstoffes für den Einsatz in der Baubranche und Automobilindustrie einen Schritt näherzukommen.