Physik der Kalthärtung von glasbildenden Polymeren

• Antragsteller: Professor Kay Saalwächter
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505609393

Glasbildende Polymere mit hohem Molekulargewicht weisen bei hohen Deformationen häufig ein Kalthärtungsregime (KH) auf, welches die Verarbeitbarkeit und die mechanischen Eigenschaften solcher Werkstoffe entscheidend beeinflusst. Das mikroskopische Verständnis dieses Prozesses steht im Zentrum dieses Projekts und ist neben einer grundlegenden Relevanz auch von hoher Bedeutung in der Anwendung. Die Arbeitsgruppe um D. Long (einer der Mitantragsteller) hat dafür eine Theorie sowie ein numerisches Werkzeug zur Simulation der Werkstoffeigenschaften entwickelt. Der Ansatz basiert auf Reorganisationen auf der 5 nm Skala, wobei die Spannungsenergie zu einer Erniedrigung innerer Energiebarrieren und damit zum Fließen führt. Das Rechenmodell erlaubt die Vorhersage einer Vielzahl relevanter Parameter wie die Verteilung von Relaxationszeiten und deren Veränderung durch Dehnung, Alterung und Verjüngung. Es basiert auf einer Gleichung, die die Entwicklung eines tensoriellen Ordnungsparameters S auf der Monomerskala erfasst. Die Orientierung verstärkt die Monomer-Monomer-Wechselwirkungen und erhöht die Transportbarrieren. Ein grundlegendes Verständnis der Kalthärtung erfordert daher die Charakterisierung der Rotationsdynamik auf der Monomerskala. In diesem Projekt soll das theoretische Modell in engem Zusammenspiel mit einer Kombination von experimentellen Ansätzen überprüft und kalibriert werden. Dabei wollen wir die lokale Orientierung und das Relaxationsverhalten während unterschiedlicher thermo-mechanischer Beanspruchung mit Hilfe der Röntgenstreuung, der NMR-Spektroskopie und der Differentialrasterkalorimetrie verfolgen. Die Festkörper-NMR-Spektroskopie spielt hier eine hervorgehobene Rolle, da mit ihrer Hilfe die Orientierungsverteilung auf molekularer Ebene charakterisiert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Pierre-Antoine Albouy; Dr. Didier Long; Dr. Renaud Rinaldi; Dr. Paul Sotta