Toughening of epoxy with WS2 nanoparticles

Titel in Übersetzung: Zähigkeitserhöhung von Epoxid mit WS2 Nanopartikeln

Dietmar Haba

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

690 Downloads (Pure)

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Zähigkeits-Erhöhungseffekt von Wolframdisulfid (WS2) Nanopartikeln (NP) in Epoxid, insbesondere dem von anorganischen, fullerenartigen WS2 (IF-WS2) NP. IF-WS2 wurde mit drei verschiedenen chemischen Modifikatoren behandelt, wovon zwei die NP erfolgreich funktionalisierten. Wenn die NP mittels Ultraschallbeschallung in Ethanol dispergiert wurden, verschlechterte die Funktionalisierung die Dispersionsqualität deutlich. Die Endgröße der Agglomerate von 200 nm wird nach 10 min Ultraschallbehandlung erreicht. Die Primärpartikelgröße ist deutlich kleiner (ca. 100 nm), aber Aggregate scheinen die Dispergierbarkeit zu beschränken. Ultraschall ist nicht effektiv darin, die NP im Epoxidharz zu dispergieren, während Dispergierung im Dreiwalzenstuhl gute und gut reproduzierbare Dispersionsqualität liefert. Plättchenförmiges WS2 bildet größere Agglomerate als IF-WS2, verbessert die Bruchzähigkeit aber effektiver. Die Modulverteilung im Epoxid kann mit einer neuen Rasterkraftmikroskopietechnik gemessen werden, falls die untersuchte Oberfläche glatt genug ist. Anderswo beobachtete nodulare Strukturen sind wahrscheinlich Artefakte der Rasterkraftmikroskopie aufgrund zu rauher Oberflächen. Es ist unwahrscheinlich, dass Epoxid Modulinhomogenitäten aufweist, die um mehr als 150 MPa vom Modul der Masse abweichen und die mehr als 10 nm groß sind. Der Modul des Epoxids in der Nähe der IF-WS2 NP scheint sich nicht vom Modul seiner Masse zu unterscheiden. Die Zugabe jedweder Art von WS2 NP verbesserte die Bruchzähigkeit bestimmter Epoxidsysteme beträchtlich, aber andere Epoxidsysteme werden kaum von ihnen beeinflusst oder verspröden sogar. Die NP-Oberflächenfunktionalisierung scheint den Zähigkeits-Erhöhungseffekt nicht zu verbessern. IF-WS2 führt zur Bildung von Sekundärbrüchen, die zusätzliche Bruchfläche erzeugen. Dies könnte ein wichtiger Zähigkeits-Erhöhungsmechanismus sein. Allerdings vergrößert sich die Bruchfläche selbst dann, wenn die NP das Material verspröden, sodass komplexere Mechanismen wahrscheinlicher sind. Die zwei Hauptfaktoren, die den Zähigkkeitsanstieg bestimmen, sind die Art und die Menge des Härters. Solange nur Polyetheramin-gehärtete Epoxidsysteme betrachtet werden, ist der Zähigkeitsanstieg bei substöchiometrischen Epoxidsystemen tendenziell höher, doch das ist bei manchen anderen Härtertypen nicht der Fall. Es ist unwahrscheinlich, dass der Grund dafür der verursachte höhere Anteil an molekularen Fehlstellen ist. Für ein gegebenes Epoxidsystem scheinen sich IF-WS2 NP in ihrem Zähigkeitserhöhungseffekt nicht deutlich von anderen Arten von NP zu unterscheiden.
Titel in ÜbersetzungZähigkeitserhöhung von Epoxid mit WS2 Nanopartikeln
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Teichert, Karl Christian, Beurteiler B (intern)
  • Pinter, Gerald, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Epoxid
  • Nanopartikel
  • Bruchzähigkeit
  • Dispergierung
  • Rasterkraftmikroskopie

Dieses zitieren