Halloysite Nanoröhrchen-verstärkte Thermoplaste
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Halloysite Nanoröhrchen-verstärkte Thermoplaste Motivation Einleitung Viele der derzeit eingesetzten Nanoverstärkungsmaterialien wie Kohlenstoff Nanoröhrchen und Schichtsilikate weisen eine geringe intrinsische Biegesteifigkeit auf. Obwohl es durch Wechselwirkungen mit den Makromolekülen während der Verarbeitung zu einer Vorzugsorientierung der Nanofüllstoffe in thermoplastischen Matrizes kommen kann, führt die Flexibilität der Verstärkungen dazu, dass das mechanische Eigenschaftspotenzial der Nanowerkstoffe trotz des hohen Aspekt-Verhältnisses nicht voll ausgenutzt werden kann. Hohes Längen-zu-Durchmesser (Aspekt)-Verhältnis und hohe intrinsische Biegesteifigkeit der natürlich vorkommenden Halloysite Nanoröhrchen Kombination der vorteilhaften chemischen Struktur von Schichtsilikaten und der Geometrie von Kohlenstof f Nanoröhrchen Möglicher Einsatz etablierter Methoden der Oberflächenfunktionalisierung von Schichtsilikaten zur Optimierung der Grenzflächenhaftung in thermoplastischen Matrizes Zielsetzung Halloysite Nanotubes Nanocomposite Herstellung Matrizes Halloysite Doppelschneckenextrusion Erzielung homogen verteilter und dispergierter Halloysite Nanoröhrchen in teilkristallinen Thermoplasten durch Schmelzeverarbeitung (Extrusion) Ausrichtung der Nanoröhrchen durch Orientierung der Matrix während der Formteilherstellung (Spritzgießen) Evaluierung der resultierenden mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Nanocomposites unter besonderer Berücksichtigung der Matrixmorphologie Evaluierung Mechanische Eigenschaften von PA-6 Nanocomposites Funktionalisierung Masterbatches: 0 - 5 Gew% Halloysite Zug E-Modul (MPa) 4500 Spritzgießen 4000 3500 3000 2500 2000 Homogene Verteilung und Dispersion Orientierung der Matrix und der Füllstoffe Materialien Polypropylen, Polyamid-6, Polyetheretherketon Halloysite Nanoröhrchen (Imerys Tableware Asia, New Zealand) Durchmesser: ca. 30 nm, Länge: ca. 30 µm 1 2 1 2 3 4 Halloysite Gehalt (Gew%) 5 100 Bruchdehnung (%) NanocompositeFormteile 0 80 60 40 20 0 0 3 4 Halloysite Gehalt (Gew%) 5 -> Signifikante Verbesserung der Steifigkeit und Zähigkeit spritzgegossener thermoplastischer Formteile bei geringen Gewichtsanteilen von Halloysite Nanoröhrchen Prof. J. Wu Dept. of Mechanical Engineering Hong Kong University of Science and Technology Zusammenfassung und Ausblick 100 nm REM-Aufnahme REM-Aufnahme Charakterisierung Mechanische und physikalische Eigenschaften der Nanocomposites PD Dr. D. Pospiech Makromol. Chemie, Polymerstrukturen Institut für Polymerforschung Dresden Prof. Dr.-Ing. V. Altstädt Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe http://www.polymer-engineering.de .. . Matrix Morphologie: - Einfluss der Halloysite auf Kristallisationskinetik, Kristallstruktur, Kristallinität und Orientierungen der Matrix Füllstoffmorphologie: - Dispersion, Orientierung und Grenzflächenhaftung Homogen dispergierte und orientierte Halloysite Nanoröhrchen führen zu ausgeprägten Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften von teilkristallinen Matrizes Halloysite können Matrixmorphologie beeinflussen Größeres Verstärkungspotenzial als derzeitige Nanofüllstoffe aufgrund der höheren intrinsischen Biegesteifigkeit Danksagung Besonderer Dank gilt der Imerys Tableware Asia Limited für die Bereitstellung der Halloysite Nanoröhrchen. ENGINEERING Universität Bayreuth Germany U N I V E R S I T Ä T B AY R E U T H
