Microstructure optimization and structure-property relationships of thermoplastic nanocomposites

Titel in Übersetzung: Mikrostrukturoptimierung und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von thermoplastischen Nanokompositen

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Füllstoffe in Polymeren besitzen seit jeher zwei unterschiedliche Aufgaben. Auf der einen Seite soll ihr Einsatz die Polymere billiger werden lassen, auf der anderen Seite besteht die Absicht das Eigenschaftsprofil der Kunststoffe zu verbessern. In den letzten 30 Jahren hat eine neue Art von Füllstoffen hohes Interesse hervorgerufen. Füllstoffe mit Dimensionen im Nanometerbereich besitzen eine große Oberfläche in Bezug auf ihr Volumen. Dadurch besitzen diese (im Gegensatz zu konventionellen Füllstoffen) mehr Anknüpfungspunkte an die Matrix und verbessern damit die Polymer/Füllstoff Interaktion. Schon bei geringen Mengen an Füllstoff werden Eigenschaftsverbesserungen erzielt, die bei herkömmlichen Füllstoffen nur mit hohen Füllgraden erreicht werden können. Strukturelle Eigenheiten und deren Auswirkung auf mechanische, optische und permeative Eigenschaften sind von hohem Interesse, da die meisten physikalischen Eigenschaften sehr stark von der Morphologie eines (gefüllten) Kunststoffes abhängen. Die vorliegende Arbeit beinhaltet fünf Kapitel in denen zwei prinzipielle Forschungsfragen aufgearbeitet wurden: Wie ist die Füllstoffverteilung einfach bestimmbar und welche Struktur-Eigenschaftsbeziehungen gibt es bei schichtsilikatverstärkten Polypropylenen? Detailliertere Informationen und theoretische Grundlagen von polymeren Nanokompositen sowie von den verwendeten Röntgenstreumethoden sind in Kapitel 2 ausführlicher dargestellt. Im dritten Kapitel der vorliegenden Arbeit wird die Bestimmung der Verteilungsqualität des Füllstoffs mittels zweier unterschiedlicher Methoden erläutert. Die Bestimmung der Verteilungsqualität erfolgt einerseits während des Prozesses (Nahinfrarotspektroskopie und Dehnungsrheometrie) und andererseits nach dem Prozess (Röntgenstreumethoden). In diesem Teil werden der verwendete Prozess und die beiden Methoden zur Bestimmung der Verteilungsqualität näher dargestellt. Kapitel 4 beschreibt die Struktur und Strukturänderungen während des Produktionsprozesses. Hierzu wurde mit einem sehr feinen Röntgenstrahl ein Agglomerat im Komposit vermessen. Das Matrixpolymer bildete unterschiedliche Formen (a und b-Polypropylen) aus. Die Strukturänderung des Füllstoffes (interkaliert bis exfoliert) konnte ebenfalls bestimmt werden. Zusätzlich wurde die Struktur der Schichtsilikate und deren polymeren Kompositen unter prozessrelevanten Temperaturen untersucht. Der fünfte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit den Deformations- und Bruchmechanismen von schichtsilikatverstärktem Polypropylen. Dazu wurden Röntgenstreumessungen während Zugversuchen an verstärktem sowie unverstärktem Polypropylen durchgeführt. Aus diesen Ergebnissen konnten Rückschlüsse über die unterschiedlichen Bruch- und Deformationsmechanismen gezogen werden und die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen auf mikroskopischer Ebene wurden aufgezeigt. Im sechsten Kapitel wurden strukturelle Parameter mit mikro- und makromechanische Eigenschaften zueinander in Beziehung gesetzt. Die strukturelle Eigenschaft (Exfolierungsgrad) wurde mit den dynamisch-mechanischen Eigenschaften (Mobilität der Polymerketten) und den mechanischen Eigenschaften (Steifigkeit und Bruchdehnung) korreliert. Im letzten Kapitel der vorliegenden Arbeit werden alle Ergebnisse zusammengefasst.
Titel in ÜbersetzungMikrostrukturoptimierung und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von thermoplastischen Nanokompositen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pinter, Gerald Gerhard, Betreuer (intern)
  • Keckes, Jozef, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2011

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Polypropylen
  • Schichtsilikat
  • SAXS
  • WAXS
  • Struktur-Eigenschaftsbeziehungen

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