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Einfluss mechanischer Dispergierverfahren auf Struktur und Eigenschaften duroplastischer Nanoverbundwerkstoffe

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der grundlegenden Untersuchung von Verfahren zur mechanischen Dispergierung agglomerierter Nanopartikel in Epoxidharz und der werkstoffli-chen Charakterisierung der daraus resultierenden Nanoverbundwerkstoffe.

Dazu wurden Dispergierexperimente unter Verwendung eines Titandioxid-Nano-partikelpulvers mit Hilfe einer horizontalen und einer vertikalen Rührwerkskugelmühle durch systematische Variation von Dispergierparametern, wie beispielsweise der Rührwerksumfangsgeschwindigkeit, der Dispergierdauer, dem spezifischen Energieeintrag, dem Mahlkörperdurchmesser und dem Mahlkörperfüllgrad durchgeführt. Die Herausforderung liegt in der Erzielung möglichst geringer Partikelgrößen einhergehend mit einer homogenen Verteilung der Primärpartikel in der polymeren Matrix, ohne dabei die Molekülstruktur des verwendeten Epoxidharzes zu degradieren.

Zur Ermittlung des Einflusses der einzelnen Dispergierparameter auf die Partikelgrößen und deren Häufigkeitsverteilungen wurden Proben der Suspension bestehend aus Epoxidharz und TiO2-Nanopartikeln während des Dispergierprozesses entnommen und nach dem Prinzip der dynamischen Lichtstreuung untersucht.

Aus den Suspensionen wurden Nanoverbundwerkstoffe gefertigt, die umfangreich werkstoffwissenschaftlich durch mechanische, thermoanalytische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen charakterisiert wurden, um den Einfluss der Partikelgrößen und -verteilungen auf die Struktur und die Eigenschaften der Nanoverbundwerkstoffe zu ermitteln.

Das erarbeitete Dispergierverfahren wurde anschließend zugrunde gelegt, um Nanopartikelpulver aus Titandioxid, Aluminiumdioxid und Zirkoniumdioxid in Epoxidharz zu dispergieren und dadurch Nanoverbundwerkstoffe mit gesteigerten Werkstoffeigenschaften zu fertigen. Diese wurden mechanischen und rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen unterzogen. Aufbauend auf den Erkenntnissen der vorangegangen Dispergierexperimente und theoretischen Betrachtungen wurde anhand eines Modells die Vorhersage erzielbarer Partikelgrößenverteilungen in Abhängigkeit physikalischer Einflussgrößen des Dispergierprozesses geprüft.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Markus Englert

Markus Englert
Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe
Technische Universität Kaiserslautern

Informationen

Freie Schlagwörter: Nanokomposit, Agglomerat, Dispergierung, Modellierung
Institut / Lehrstuhl: Technische Universität Kaiserslautern
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Alois Schlarb (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Klaus Friedrich
Erscheinungsjahr: 2009
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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