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Ultraschalldispergierung von anorganischen Nanopartikeln in Epoxidharz und Charakterisierung der resultierenden Werkstoffe

  • Durch die Einarbeitung von Nanopartikeln in eine Polymermatrix lässt sich eine signifikante Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe erzielen. Dazu ist allerdings eine Separierung und homogene Verteilung der Verstärkungsstoffe in der Matrix notwendig, um die spezifische Oberfläche der Nanopartikel ausnutzen zu können, die dann als Grenzfläche mit der Matrix in Wechselwirkung treten kann. In der vorliegenden Arbeit wurde die Dispergierung von anorganischen Nanopartikeln am Beispiel von Titandioxid und Bariumsulfat in Epoxidharz mithilfe von Ultraschallwellen systematisch untersucht. Dazu wurden die Prozessparameter, wie z.B. die Amplitude und das beschallte Volumen, variiert, um die optimalen Dispergierparameter zu ermitteln, die zu einer guten Dispergierung der Nanopartikel führen, ohne dabei jedoch die Molekülstruktur des Epoxidharzes zu verändern. Eine Veränderung der Molekülstruktur der Matrix kann die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs negativ beeinflussen. Deshalb wurden für das unbehandelte und das beschallte Harz Morphologieuntersuchungen mittels FourierTransform-Infrarotspektroskopie und Gel-Permeations-Chromatographie durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass die Nanopartikel im Harz mit der maximalen Amplitude von 100% und einer Beschallungszeit von 15 Minuten optimal dispergiert werden können, ohne die Morphologie des Harzes merklich zu verändern. Für den Ultraschalldispergierprozess wurde ein Dispergiermodell erarbeitet, das die Entwicklung der Partikelgröße in Abhängigkeit von den Prozessparametern beschreibt. Dieses Modell ist auf andere Partikelsysteme übertragbar und soll Vorhersagen für zukünftige Dispergierexperimente ermöglichen. Das Ziel der Fertigung der Nanoverbundwerkstoffe ist die Steigerung der mechanischen Eigenschaften im Zug-, Bruchzähigkeits-, Kerbschlagzähigkeits- und Biegeversuch. Hierbei wurde sowohl die Wirkung der Dispergierung als auch der Einfluss des Verstärkungsstoffgehaltes auf das Eigenschaftsprofil untersucht. Des Weiteren wurde die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf ein weiteres Epoxidharz überprüft. Um die Verstärkungsmechanismen der Nanopartikel in der Polymermatrix, die zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften führen, zu verstehen, wurden Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen der Bruchflächen ausgeführt. Diese zeigten,dass Nanoverbundwerkstoffe eine rauere Bruchoberfläche als reines Epoxidharz besitzen, was auf eine Änderung der Bruchmechanismen hindeutet. Insgesamt konnten mithilfe der Ultraschalldispergierung Nanoverbundwerkstoffe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden und ihre Dispergierung durch ein Modell beschrieben werden, das auch Vorhersagen für weitere Partikel-Harz-Systeme erlaubt.

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Metadaten
Verfasserangaben:birgit bittmann-hennes
URN (Permalink):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-51660
ISBN:978-3-934930-79-7
Schriftenreihe (Bandnummer):IVW-Schriftenreihe (83)
Verlag:IVW-Verlag
Verlagsort:Kaiserslautern
Betreuer:Alois K. Schlarb
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Deutsch
Veröffentlichungsdatum (online):23.02.2018
Datum der Erstveröffentlichung:26.05.2009
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Titel verleihende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Annahme der Abschlussarbeit:09.12.2008
Datum der Publikation (Server):26.02.2018
Freies Schlagwort / Tag:Ultraschalldispergierung
Ausgabe / Heft:2009
Seitenzahl:XVI, 138
Quelle:IVW- Verlag, 2009
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Sachgruppen:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 500 Naturwissenschaften
PACS-Klassifikation (Physik):00.00.00 GENERAL
Lizenz (Deutsch):Zweitveröffentlichung