Was haben ein Bleistift und Hitzeschutz gemeinsam?
„Graphen goes textile“: Bislang assoziierte man mit Graphit in der Regel Bleistifte und lag damit auch genau richtig. Nur besteht die herkömmliche Bleistiftmine aus Graphen mit mehr als 10 Lagen und heißt Graphit. Als Graphen bezeichnet man eine einatomige Lage reinen Kohlenstoffs. Durch die unterschiedliche Anzahl der Lagen ergeben sich trotz gleichen strukturellen Aufbaus (aus Sechsecken bestehende Honigwabe) verschiedene Eigenschaften.
Eine Graphen-Lage ist nur so dünn, wie ein Hunderttausendstel der Dicke eines menschlichen Haars. Wie hat man das entdeckt? „Zwei russisch-stämmige Forscher haben einfach Lage für Lage einer Graphitschicht abgezogen“, sagt Dr. Jan Behringer von Hohenstein Institute. Der daraus entstandene Werkstoff ist multifunktional: superdünn und daher transparent, extrem strom- und wärmeleitfähig, zugfester als Stahl und dabei flexibel, abriebbeständig und undurchlässig gegenüber Gasen.
Obwohl für Graphen viele Verwendungsmöglichkeiten denkbar sind, wurde bislang hauptsächlich in Richtung Leitfähigkeit geforscht. Auf europäischer Ebene beschäftigen sich mittlerweile Wissenschaftler der Hohenstein Institute zusammen mit den Firmen Ionic Liquids Technologies (Iolitec), Fuchshuber TechnoTex sowie das belgische Forschungsinstitut Centexbel und das Unternehmen Soleries Elite mit dem Projekt „GRAFAT Oberflächenmodifizierung von Textilien für Hitzeschutzkleidung mittels Graphen“. „Mit dieser Forschung sind wir weltweit Vorreiter für Anwendungen von Graphenmodifikationen auf Textiloberflächen“, sagt Projektleiterin Dr. Bianca Wölfling, Hohenstein Institute.
Die Vorgehensweise ist folgendermaßen: Zunächst arbeitet Iolitec daran, unterschiedliche Graphenmodifikationen in wässerige Dispersionen zu überführen. Diese sollen dann dauerhaft auf verschiedene Textiloberflächen aufgebracht werden.
Normalerweise ist für die Funktionalisierung von Textilien im Bereich der PSA ein mehrstufiges Verfahren notwendig. Durch das Aufbringen von Graphen in einem einstufigen Prozess kann sich diese erübrigen. Damit wäre ein dünnerer und somit leichterer Aufbau für die PSA möglich. Das geht einher mit einer besseren Beweglichkeit für den Träger und einer höheren Wirtschaftlichkeit für die Hersteller.
Durch die Oberflächenveränderung mit Graphen können sich die Eigenschaften des Textils hinsichtlich dessen Flammfestigkeit erheblich verbessern. Graphen kann als eine physikalische Barriere wirken, die das Durchdringen von Wärme und Gasen wirkungsvoll unterbindet. Gleichzeitig kann Graphen potentiell eine thermische Zersetzung des Textils vermeiden. Ein weiterer Vorzug von Graphen, liegt in der im Vergleich zu Stahl circa 200-fach höheren Bruch- und Abriebfestigkeit. Auch diese Fähigkeiten machen Graphen für Anwendungen im Bereich Schutzausrüstung hoch interessant.
Die Forschungsergebnisse sind bis Ende 2017 zu erwarten.
Bildquelle: Hohenstein Institute