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Über den Einfluss der Morphologie auf Festigkeit und Bruchvorgänge in isotaktischem Polypropylen

In teilkristallinem Polypropylen kann durch die richtige Wahl der molekularen Zusammensetzung (ataktischer Anteil, Molekulargewicht) und durch gezielte Einstellung der morphologischen Struktur (Gefüge, Morphologie) die Empfindlichkeit gegen Rißausbreitung erniedrigt und die Streckgrenze insgesamt optimiert werden. Durch langsame Kristallisation hergestellte, grob-sphärolithische Gefüge weisen die schlechtesten Werte hinsichtlich Streckspannung, Bruchdehnung und Bruchzähigkeit auf, weil hier die plastische Verformung im Wesentlichen auf das geringe Volumen der weichen Sphärolithgrenzen konzentriert wird. Eine weitere Verschlechterung erfolgt durch Verunreinigungen und dadurch hervorgerufene „Versprödung“ der Grenzflächen. Dagegen wird die Verschlechterung der Eigenschaften grob-sphärolithischer Gefügebereiche stark reduziert, wenn der Anteil ataktischer, nicht-kristallisationsfähiger Polymerketten in Polypropylen erhöht wird. Dies geschieht aber etwas auf Kosten der Härte und des E-Moduls.

Bessere Festigkeitswerte, hier definiert als Produkt aus Streckspannung und Bruchzähigkeit, liefert ein durch Abschrecken aus der Schmelze erzeugtes fein-sphärolithisches Gefüge, insbesondere dann, wenn ein höheres Molekulargewicht verwendet wird. In diesem Gefügetyp sorgt eine ausgeprägte Craze-Bildung bzw. homogene, plastische Deformation in einem großen Materialvolumen, z. B. vor einer Rißspitze, für eine hohe Energiedissipation, wodurch die Rißausbreitung unter statischer Belastung erschwert wird. Bei zyklischer Verformung mit konstanter Lastamplitude kann es sogar zu einer Rißabstoppung kommen. Der Grund liegt in dem sehr guten Verfestigungsverhalten der teilkristallinen Polymere, welches bei Polypropylen durch die helixförmige Kettenkonformation und die verwebte Struktur der Lamellen in den feinen Sphärolithen besonders begünstigt wird.

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 Klaus Friedrich

Klaus Friedrich
Institut für Werkstoffe
Ruhr-Universität Bochum

Informationen

Freie Schlagwörter: Polypropylen, Morphologie, Bruchzähigkeit, Ermüdung, Ataktisch, Sphärolith, Rissausbreitung, Festigkeit
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. E. Hornbogen (Betreuer), Prof. Dr. rer. nat. H. H. Kausch
Erscheinungsjahr: 1978
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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