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Melt rheology of carbon nanofibres/nanotubes Filled poly(ether ether ketone) composites

Auf Grund ihres Potentials, die elektrische Leitfähigkeit, die Scherviskosität sowie weitere Transporteigenschaften (die thermische Leitfähigkeit, die Diffusion, usw.) zu modifizieren, werden Kohlenstoff-Nanofasern und Kohlenstoff-Nanoröhrchen in der Materialwissenschaft intensiv untersucht. Auch vom Standpunkt der Verarbeitung sind Informationen über den Einfluss der Nanofüllstoffe von sehr großer Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss des Gehalts an Kohlenstoff-Nanoröhrchen, des Aspektverhältnisses, des Grads der Dispergierung und des Molekulargewichts der polymeren Matrix auf die rheologischen und elektrischen Eigenschaften einer Poly(ether ether keton) (PEEK)/Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Schmelze zu untersuchen. Hierbei wurden die scher- und dehnrheologischen Eigenschaften analysiert und mit der Mikrostruktur bzw. der Netzwerkbildung korreliert.

Zur Verstärkung von teilkristallinem Poly(ether ether keton) wurden verschiedene mehrwandige und einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen eincompoundiert. Die Zugabe von Nano-additiven mit großem Aspektverhältnis, stellt eine dramatische Veränderung der Fließeigenschaften von PEEK dar. Die Viskosität als auch der Modul zeigen, vor allem bei kleinen Frequenzen, einen Anstieg von mehreren Größenordnungen. Da die Netzwerkbildung der Nanoröhrchen ebenfalls die elektrische Leitfähigkeit beeinflusst, wurde zwischen 1 Gew.% und 1,5 Gew.% mehrwandigen Kohlenstoff Nanoröhrchen in der PEEK-Schmelze ein scharfer Übergang von einem elektrisch isolierenden zu einem leitenden Komposit beobachtet. Rheotensmessungen zeigten einen signifikanten Anstieg der Schmelzefestigkeit verbunden mit einer Verringerung der Dehnbarkeit durch die Zugabe von Nanoröhrchen. Transiente Dehnviskositätsmessungen bestärken, dass sich die Dehnviskosität von PEEK durch die Zugabe von Kohlenstoff-Nanoröhrchen signifikant erhöht. Dieser Effekt hängt jedoch stark von der Dispergierung und Verteilung der Nanoröhrchen in der polymeren Matrix ab. Die hier diskutierten rheologischen Effekte sind für die Verarbeitung von Polymeren zu Schäumen und Fasern von Nutzem.

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