Mikromechanische Wirkungsweise von Schichtsilikaten der zweiten Generation: ein neuartiger Nanofüllstoff zur Steigerung der Steifigkeit und Zähigkeit von PMMA
In dieser Arbeit wurde eine neue Generation an Schichtsilikaten zur Modifizierung von PMMA eingesetzt mit dem Ziel, eine maximal mögliche Steifigkeits-Zähigkeits-Balance zu erreichen, ohne die Zugfestigkeit und die Verarbeitbarkeit zu verschlechtern. Zudem wurde die mikromechanische Wirkungsweise dieser neuartigen Nanofüllstoffe durch Analyse von Bruchflächen detailliert aufgeklärt und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen aufgestellt. Um die bessere Performance gegenüber konventionellen Schichtsilikaten hervorzuheben, wurde ein kommerziell erhältliches System aus oberflächenmodifiziertem Bentonit als Benchmark herangezogen und die Nanokomposit-Eigenschaften ebenfalls im Detail analysiert. Am Ende ergab sich ein tiefes Verständnis darüber, in welchem Ausmaß diverse Füllstoffeigenschaften die Nanokomposit-Eigenschaften beeinflussen.
Die innerhalb dieser Studie entwickelten neuartigen PMMA-Nanokomposite zeigten eine einzigartige Steifigkeits-Zähigkeits-Balance. Die große laterale Ausdehnung und die sich daraus ergebende niedrige Partikeldichte in Kombination mit dem großen Aspektverhältnis und der hohen intrinsischen Steifigkeit machen die maßgeschneiderten Schichtsilikate zu einem High-Performance-Nanofüllstoff.
Die konventionellen Schichtsilikate führten als Quasi-Nanofüllstoff hingegen lediglich zu einer Steigerung der Steifigkeit mit signifikanten Einbußen in Festigkeit und Bruchzähigkeit. Hinsichtlich einer Verbesserung der Bruchzähigkeit sind die konventionellen Nanofüllstoffe nicht geeignet, da sie aufgrund der geringen lateralen Ausdehnung keine zähigkeitssteigernden Mechanismen provozieren. Die Schichtsilikate der zweiten Generation führen hingegen aufgrund ihrer riesigen lateralen Ausdehnungen zum Auftreten von zusätzlichen zähigkeitssteigernden Mechanismen wie Rissumlenkung und Rissanhaftung und dadurch zu einer signifikanten Steigerung der Bruchzähigkeit.
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Freie Schlagwörter:
PMMA, Nanofüllstoff, Schichtsilikate, Nanokomposit, Morphologie, Bruchmechanik
Institut / Lehrstuhl:
Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth
Sprache:
Deutsch
Fachgutachter:
Prof. Dr.-Ing. Volker Altstädt,
Prof. Josef Breu
Erscheinungsjahr:
2018
Anbieter:
Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de
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