Strukturelle Aufklärung von Netzwerkeffekten in hochgefüllten Kunststoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Bonten
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316683943

Die Einstellung maßgeschneiderter Eigenschaften von Kunststoffprodukten erfolgt in den letzten Jahrzehnten immer weniger durch Synthese neuer, sondern durch gezielte Modifizierung bestehender Polymere. Das Additivieren von Polymeren mit (aktiven) Verstärkungsstoffen oder mit (inaktiven) Füllstoffen, aber auch die Generierung von Mischungen verschiedener Polymere mit Zusatzstoffen ist ein wesentlicher Schlüssel für die Flexibilität und Innovationskraft moderner Kunststoffverarbeitung. Ziel der Modifizierung ist stets die Änderung der physikalischen Eigenschaften von Kunststoffen, so werden mit Verstärkungsstoffen deren mechanischen Eigenschaften Festigkeit und Steifigkeit und mit dehnfähigen Partikeln z.B. deren Nachgiebigkeit und Dehnfähigkeit erhöht. Leitfähige Zusatzstoffe verbessern z.B. die elektrische und/oder die Wärmeleitfähigkeit. Bei allen Modifizierungen ist die Homogenität der ausgetragenen Kunststoffschmelze sehr wichtig für die gewünschten reproduzierbaren Endeigenschaften. Bislang wird stets davon ausgegangen, dass die Fließhemmung im Bereich geringer Schergeschwindigkeiten hochgefüllter Kunststoffe eine Folge von sog. Netzwerkausbildungen ist. Die recherchierten Quellen schreiben meist von Partikel-Partikel-Interaktionen, welche jedoch nicht bildhaft untersucht werden. Manche Arbeiten haben bildhafte Untersuchungen durchgeführt, diese zeigen aber offenkundig sichtbare Abstände zwischen Verstärkungspartikeln. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist der Gewinn umfassender Erkenntnis über die dreidimensionalen Netzwerkstrukturen von unterschiedlichen Füllstoffen in verschiedenen Polymeren. Sollten, wie bereits in der Literatur beschrieben, einige dieser dreidimensionalen Netzwerke bildlich widerlegt werden, obwohl die Fließhemmung eintritt, soll die Hypothese des Antragstellers fokussiert untersucht werden. Diese fokussierten Untersuchungen sollen zum einen die Auswirkungen verschiedener Paarungen von polaren und unpolaren Partnern von Matrix und Zusatzstoff genauer unterscheiden und zum anderen gezielt geringere Molekulargewichte (kürzere Molekülketten) eingesetzt werden, um die Beeinflussung der Partikelumgebung auf einen kleineren Radius verringern. Somit sollen zunächst verschiedene Werkstoff-Zusatzstoff-Kombinationen mit verschiedenen Zusatzstoff-Geometrien ausgewählt und durch ein Compoundierprozess kombiniert werden. Die so hergestellten hochgefüllten Kunststoffe sollen dann geschickt so lange einer sinkenden Scherbeanspruchung ausgesetzt werden, bis sie die Fließhemmung erreichen. In diesem Zustand werden sie abgekühlt und morphologisch mit verschiedenen Methoden in allen drei Dimensionen untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen