Was ist die Kuzeyboru Polestra™-Technologie?

Innovativer Hybrid-Füllstoff für polymere Verbundsysteme: Kuzeyboru Polestra™ Technologie

Was ist Polestra™? Bei Infrastrukturprojekten erfolgt die Rohrauswahl meist kostenorientiert. Die wahren Kosten eines Rohrs, das jahrzehntelang unter der Erde verbleibt, bestimmen sich jedoch nicht allein über den Anschaffungspreis, sondern über seine Langlebigkeit. Genau aus diesem Grund haben wir Polestra™ entwickelt. Polestra™ ist eine innovative Hybrid-Füllstofftechnologie für polymere Verbundsysteme, die vom Forschungs- und Entwicklungszentrum von Kuzeyboru entwickelt wurde. Entwickelt zur Optimierung der mechanischen und thermischen Eigenschaften von Verbundsystemen mit thermoplastischer Matrix, stellt Polestra™ eine innovative Hybridformulierung dar, die traditionelle einkomponentige Füllstoffansätze weit übertrifft. Diese Struktur, die primär für den Einsatz in polymerbasierten Produktgruppen konzipiert wurde, ist eine hochentwickelte ingenieurtechnische Lösung, die gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit (Steifigkeit, Stoßdämpfung), hervorragende chemische Beständigkeit, strukturelle Leichtigkeit und Wirtschaftlichkeit im industriellen Maßstab maximiert.

Hybrid-Füllstoffsystem in Granulatform: Polestra™

Der thermodynamische und morphologische Erfolg von Polestra™ basiert auf der synergistischen Wechselwirkung der Phasen innerhalb seiner Struktur. Es handelt sich um ein Hybrid-Füllstoffsystem, das mit ausgewählten anorganischen Partikeln verstärkt wurde, um die mechanische Leistung und strukturelle Stabilität des Materials zu verbessern. Zudem ist es mit einer elastomeren Phase (elastomeric phase) modifiziert, um potenzielle Versprödungsrisiken (brittleness) und Grenzflächenspannungen zu eliminieren, die starre anorganische Strukturen innerhalb der Matrix erzeugen könnten.
Dank der elastomeren Phase schlägt das System eine hervorragende Brücke zwischen den anorganischen Füllstoffen und der Polymermatrix, wodurch eine Struktur entsteht, die die Schlagzähigkeit (impact strength) erhöht.
In der Endphase wird Polestra™ in einer festen Granulatmorphologie formuliert, in der seine organischen und anorganischen Komponenten dank ihrer hohen Dispergierfähigkeit homogen verteilt sind, ohne den Schmelzfluss in Extrusionsprozessen (extrusion) zu beeinträchtigen.

Materialcharakterisierung – Mikrostrukturananalysen

Die Wirksamkeit des Polestra™ Hybrid-Füllstoffsystems innerhalb der thermoplastischen Matrix muss anhand der morphologischen Struktur und der von den Komponenten gebildeten Grenzflächenwechselwirkungen bewertet werden.
In diesem Zusammenhang wurden die mikrostrukturelle Homogenität, die Partikeldispersion (Verteilung) und die Qualität der Phasenbindung des Hybrid-Füllstoffmaterials mittels Rasterelektronenmikroskopie-Aufnahmen (SEM-Scanning Electron Microscopy) untersucht.

SEM-Mikrostrukturaufnahme des anorganischen Hybrid-Füllstoffsystems Polestra™

Elementares Signalverteilungsbild des Hybrid-Füllstoffmaterials Polestra™

Leistungssteigerung bei doppelwandigen HDPE-Wellrohren

Bei mechanischen Analysen an HDPE-Rohren, die mit dem Hybrid-Füllstoff Polestra™ modifiziert wurden, wurde festgestellt, dass die Ringsteifigkeitswerte (ring stiffness) der Rohre im Bereich zwischen 9.43 und 12.20 kN/m² (Mittelwert ≈10.7 kN/m²) lagen.
Im Gegensatz dazu wurde beobachtet, dass diese Werte bei Referenzrohren, die mit Standard-Füllstoffformulierungen hergestellt wurden, bei Werten zwischen 6.12 und 9.06 kN/m² (Mittelwert ≈7.45 kN/m²) blieben.

Mit der Polestra™ Füllstofftechnologie hergestellte doppelwandige HDPE-Wellrohre SN8, Ø200 (Links), Vergleich der Ringsteifigkeitseigenschaft bei doppelwandigen Wellrohren, die mit der hybriden Polestra™ Füllstofftechnologie und traditionellem Füllstoff hergestellt wurden (Rechts)

Diese signifikante mechanische Steigerung, die etwa 43 % entspricht, ist ein kritischer Wert für die strukturelle Integrität von doppelwandigen Wellrohrsystemen. Dies liegt daran, dass die Ringsteifigkeit der grundlegendste Indikator für die Fähigkeit eines Rohrs bei unterirdischen Infrastaturanwendungen ist, der vertikalen Verformung (vertical deflection) zu widerstehen, der es unter dem Gewicht der Bodenverfüllung und dynamischen Verkehrslasten ausgesetzt ist.

Die elastomere Modifikation in der Hybridstruktur von Polestra™ optimiert die Lastübertragung und erhöht die Fähigkeit des Materials, diese externen Belastungen zu dämpfen, erheblich.

Strukturelle Veränderung von mit der Polestra™ Füllstofftechnologie hergestellten doppelwandigen HDPE-Wellrohren SN8, Ø200 als Ergebnis der Ringflexibilitätsprüfung (ID: Innendurchmesser)

Die Ergebnisse der Ringflexibilitätsprüfung zeigten, dass alle bewerteten Rohre ihre strukturelle Integrität unter der vorgegebenen Verformung beibehielten und keine sichtbaren Risse, Schichttrennungen (Delamination) oder Wandkollapse auftraten.

Auswirkungen auf den Extrusionsprozess und Nachhaltigkeit

Der Polestra™ Hybrid-Füllstoff verbessert die Schmelzefluidität in Extrusionssystemen, was die Prozessführung erleichtert und die Stückproduktionskosten minimiert. Seine hohe Kompatibilität mit dem originalen Polyethylen-Rohstoff, insbesondere in Wellrohr-Extrusionslinien, reduziert die Ausschussraten erheblich und bietet ein nachhaltiges sowie operativ flexibles Produktionsmodell.

Die in das System integrierte elastomere Phase bietet dank der Elastizität, die sie der Schmelze verleiht, eine hervorragende Verarbeitbarkeit (processability); sie erhöht die Extrusionseffizienz und die Standzeit des Werkzeugs, indem sie die Scherspannung (shear stress) innerhalb des Werkzeugs dämpft.

Patent und Beitrag zum wissenschaftlichen Ökosystem

Die Polestra™ Hybrid-Füllstofftechnologie ist das Ergebnis einer langfristigen und systematischen Forschungs- und Entwicklungsvision. Die geistigen Eigentumsrechte dieser einzigartigen Formulierung befinden sich im Prozess der Absicherung durch eine Patentanmeldung.

Unser Forschungsartikel, der die Leistungssteigerung von Polestra™ bei der Herstellung von doppelwandigen HDPE-Wellrohren und die morphologischen Auswirkungen des mit einer elastomeren Phase modifizierten hybriden anorganischen Füllstoffsystems mit voller wissenschaftlicher Transparenz darlegt, wurde in der Zeitschrift MDPI-Polymers veröffentlicht, einer der weltweit angesehensten akademischen Fachzeitschriften (Klasse Q1) auf dem Gebiet der Polymerwissenschaften.

(Zum Artikel-DOI: https://doi.org/10.3390/polym18030385).

Diese qualifizierte Publikation und das Patent-Ökosystem, die aus den Laboren des Forschungs- und Entwicklungszentrums von Kuzeyboru A.Ş. hervorgegangen und in die weltweite Fachliteratur integriert sind, sind der greifbarste Beweis für unsere Mission, wertschöpfende, innovative und wissenschaftlich fundierte nachhaltige Technologien in der Kunststoffrohrindustrie zu erzeugen.