Einfluss von Kristallmodifikation und Überstruktur auf die statischen und dynamischen Kriecheigenschaften von isotaktischen Polypropylenen
Kunststofftechnik
Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde der Einfluss von Nukleierungsmitteln auf das statische und dynamische Kriechverhalten von isotaktischem Polypropylen (iPP) untersucht. Dabei wurde der Einfluss der Kristallstruktur der Proben auf die mechanischen Eigenschaften diskutiert. Als Nukleierungsmittel kamen die folgende Additive zum Einsatz, die verschiedene Kristallstrukturen in PP hervorrufen: • Irgaclear XT386 (kurz: Irgaclear) - α-kristallin, sphärolithisch • Millad NX-8000 (kurz: Millad) – α-kristallin, Shish-Kebab • NJStar NU-100 (kurz: NJStar) – β-kristallin, sphärolithisch. Es wurden durch Compoundierung und Spritgießen Proben mit Anteilen von 0,05%, 0,1% und 0,2% dieser Additive hergestellt, hinsichtlich ihrer Kristallinität untersucht und sowohl in statischen als auch dynamischen Kriechversuchen geprüft. Es zeigte sich, dass alle Nukleierungsmittel zu einer früher einsetzenden Kristallisation führen und durch eine erhöhte Anzahl an Nukleierungskeimen eine feinere Kristallstruktur hervorrufen. Die dadurch eingeschränkte Beweglichkeit senkt in allen durchgeführten Versuchen die maximale Deformation der Proben im Vergleich zum reinen iPP. Im Bezug auf die Art der Nukleierungsmittel zeigte sich eine deutliche Verringerung der Kriechverformung durch α-Nukleierung. Insbesondere im Fall von PP-Irgaclear ging dies aber mit einem früheren tertiären Kriechen bzw. Versagen einher, was der Versprödung durch die Shish-Kebab- Struktur zuzuschreiben ist. Insgesamt zeigen aber beide α-nukleierten Varianten ähnliche Ergebnisse. Mit NJStar wurden höhere Deformationen als bei der reinen α-Modifikation gemessen, da ein Aneinandervorbeigleiten der Kristallite einfacher möglich ist. Positiv ist hier zu bewerten, dass ein Bruch der Proben erst nach längeren Zeiten bzw. bei höheren Laststufen auftrat. Der Einfluss der Additiv-Konzentration war im Vergleich zum Einfluss des Additiv-Typs gering. In den statischen Kriechversuchen wurde nachgewiesen, dass eine erhöhte Temperatur von 80 °C bei allen Materialien zu deutlich früherem Kriechversagen führt und aufgrund des geringeren Moduls bei höherer Temperatur die Maximallasten geringer sind. Schon bei geringen Lasten trat im Zeitraum von 24 Stunden tertiäres Kriechen und Versagen auf. In Vergleich zwischen statischem und dynamischem Verhalten konnte die Hypothese, dass dynamisches Kriechen kritischer zu bewerten ist, nicht bestätigt werden.
