Abstract
Die Wärmeleitfähigkeit als Funktion der Temperatur und des Druckes ist eine wichtige Materialeigenschaft von Polymeren und gilt somit als wichtiger Parameter bei Problemen des stationären Wärmeübergangs. Nichtsdestotrotz wird der Einfluss des Drucks in den meisten Spritzgieß-Simulationen nicht berücksichtigt. Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von Temperatur, Nanofüllstoffgehalt und Verarbeitungsbedingungen auf die Wärmeleitfähigkeit von zwei thermoplastischen Nanocomposites Acrylnitril-Butadien Styrol (ABS) und zusätzlich als Funktion des Drucks von Polypropylen (PP) zu untersuchen. Als Nanofüllstoff wurde das Schichtsilikat Montmorillonit (MMT) verwendet. Für die Herstellung der PP Nanocomposites wurde ein Kompatibilisierungsmittel (Polypropylen gepfropft mit Maleinsäureanhydrid) verwendet. Die Messungen wurden auf einem Hochdruckkapillarrheometer mit der transienten Messmethode nach ASTM D5930-09 durchgeführt. ABS wurde bei atmosphärischem Druck in Abhängigkeit von Temperatur, Nanofüllstoffgehalt und Schneckendrehzahl gemessen. Untersucht wurden ABS Nanocomposites (ABSNCs) mit unterschiedlichen Füllstoffgehalten von 2 Gew.%, 3,5 Gew.% und 5 Gew.%. Sie wurden in einem gleichlaufenden Doppelschneckenextruder bei zwei unterschiedlichen Schneckendrehzahlen compoundiert (100 min-1 und 300 min-1). Die Zugabe von 5 Gew.% Schichtsilikat MMT führte zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit von circa 7,5 % bei einer Schneckendrehzahl von 100 min-1. Eine weitere Erhöhung der Drehzahl führte zu einer weiteren Steigerung der Wärmeleitfähigkeit in Folge bessere Exfolierung des Nanofüllstoffes im Compound. Die Erhöhung betrug somit bei 300 min-1 sogar 9,5 %. Messungen der Wärmeleitfähigkeit als Funktion von Druck, Temperatur, Verarbeitungs-bedingungen und Nanofüllstoffgehalt wurden für PP und Polypropylen Nanocomposites (PPNCs) für den Schmelze- und den Feststoffbereich durchgeführt. Der Druckbereich der Wärmeleitfähigkeitsmessung reichte vom atmosphärischen Druck bis 750 bar mit verschiedene Nanofüllstoffgraden (5 Gew.% und 10 Gew.%). Diese Untersuchungen erfolgten bei unterschiedlichen Füllstoffgehalten und unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen. Die PPNCs - Rezepturen wurden mit zwei unterschiedlichen Prozessmethoden hergestellt. Einerseits mit einer konventionellen Unterwassergranulierung (UWG) und andererseits mit einem Spritzgießcompounder (IMC). Hierbei wurden zwei unterschiedliche Herstellungsverfahren untersucht. Als Erstes die Herstellung als 3 in 1, bei der das Grundpolymer PP, das Schichtsilikat und das Kompatibilisierungsmittel gleichzeitig zudosiert und compoundiert wurden. Die zweite Variante war ein Masterbatch Vorstufenprozess (MB). Es handelt sich dabei um ein zweistufiges Verfahren bei dem im ersten Schritt 50 Gew.% Nanofüllstoff und 50 Gew.% Kompatibilisierungsmittel compoundiert und granuliert wurden und in einem zweiten Schritt der MB mit reinem PP auf die gewünschte Mischung verdünnt wurde. Der Einfluss des Drucks zeigte einen signifikanten Anstieg bei den mit UWG produzierten PP und PPNCs. Der Anstieg im Schmelzebereich zwischen atmos¬phärischem und 750 bar Druck betrug ca. 12 - 14 %. Im Feststoffbereich war diese Erhöhung noch bedeutend größer und lag im Bereich zwischen 19 % und 28 %. Die Ergebnisse der mit dem Spritzgießcompounder hergestellten Compounds zeigten sogar noch leicht höhere Ergebnisse. Höhere Füllstoffkonzentrationen steigerten, wie nicht anders zu erwarten, ebenfalls die Wärmeleitfähigkeit im Schmelze- und Feststoffbereich. Mit 10 Gew.% Nanofüllstoff stieg die Wärmeleitfähigkeit um etwa 10 % und der MB Prozess lieferte sogar Werte, welche doppelt so hoch waren wie jene mit der 3 in 1 Formulierung sowohl für den Prozess UWG als auch für IMC. Das kann mit einer besseren Verteilung und einem höheren Exfolierungsgrad des Nanofüllstoffs mit dem MB Prozess erklärt werden.
Titel in Übersetzung | Die Wärmeleitfähigkeit von Polymer-Nanocomposite |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dipl.-Ing. |
Betreuer/-in / Berater/-in |
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Datum der Bewilligung | 14 Dez. 2012 |
Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2012 |
Bibliographische Notiz
gesperrt bis 26-09-2017Schlagwörter
- ABS
- PP
- Polymer-Nanokomposite
- Wärmeleitfähigkeit