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Lokalisierungsverhalten von Carbon-Nanotubes in schmelzegemischten thermoplastischen Polymerblends
Andreas Göldel
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Lokalisierungsverhalten von Carbon-Nanotubes in schmelzegemischten thermoplastischen Polymerblends
Andreas Göldel
Ă propos de ce livre
Die Kombination bereits verfĂŒgbarer Polymere zu Polymermischungen (Blends) erlaubt durch Nutzung ohnehin vorhandener Anlagentechnik wie Extrudern oder Knetern die Ă€uĂerst schnelle und kostengĂŒnstige Anpassung der Werkstoffeigenschaften an das Anforderungsprofil einer geplanten Anwendung. Werden zusĂ€tzlich Nanopartikel zugesetzt, können Struktur-und Funktionswerkstoffe mit einzigartigen Eigenschaften hergestellt werden. Dies gilt insbesondere bei Verwendung von Carbon Nanotubes, die seit ihrer erstmaligen detaillierten Beschreibung im Jahr 1991 einen der gröĂten Forschungshypes der modernen Werkstoffentwicklungsgeschichte ausgelöst haben. Nach der Verarbeitung bestimmt die rĂ€umliche Anordnung der Nanopartikel innerhalb der eingefrorenen Blendphasen die Werkstoffeigenschaften der Blendkomposite. Die Kenntnis der wĂ€hrend des Schmelzemischens maĂgeblichen Lokalisierungsmechanismen ist somit der SchlĂŒssel zum VerstĂ€ndnis der Eigenschaften dieser Werkstoffe.Hauptgegenstand der vorliegenden Arbeit ist die AufklĂ€rung des Lokalisierungsverhaltens von mehrwandigen Carbon-Nanotubes (MWCNTs) beim Schmelzemischen mit zweiphasigen Polymermischungen. Dies umfasst sowohl die PhĂ€nomenologie von TransfervorgĂ€ngen zwischen den Blendphasen als auch die Ursachen des GrenzflĂ€chenĂŒbertritts. Es wird gezeigt, dass sich das Lokalisierungsverhalten von Carbon Nanotubes grundlegend von jenem anderer Nanopartikel wie z.B. Carbon Black unterscheidet. Dabei wird es von sehr starken thermodynamischen KrĂ€ften bestimmt, die in der Regel die hochselektive Anordnung der Nanotubes in einer der Blendphasen bewirken. Dieses PhĂ€nomen konnte auf die Geometrie der Nanopartikel zurĂŒckgefĂŒhrt werden.Es wird zudem nachgewiesen, dass CNTs trotz der starken, in die besser benetzende Phase gerichteten thermodynamischen TriebkrĂ€fte auch hochselektiv in einer schlechter benetzenden Phase angeordnet werden können, wenn es gelingt, die Ă€uĂere HĂŒlle der CNTs kovalent an diese anzubinden. Es wird gezeigt, dass damit eine vollstĂ€ndige Invertierung des ursprĂŒnglichen Lokalisierungszustands erreicht werden kann.Die Arbeit befasst sich zudem mit den Struktureigenschaftsbeziehungen von phasenselektiv im Blend eingelagerten CNTs. DarĂŒber hinaus wird untersucht, in welchem MaĂe die rheologischen Eigenschaften zweiphasiger Polymerschmelzen durch die PrĂ€senz der CNTs beeinflusst werden können. Die Ergebnisse werden zur ErklĂ€rung der Blendmorphologieentwicklung wĂ€hrend der Extrusion genutzt. Das letzte Kapitel der Arbeit ist der AufklĂ€rung der Wechselwirkungen zwischen CNTs und verschiedenen polymeren Matrizes gewidmet. Dabei wurde die PhasenselektivitĂ€t der CNTs in schmelzegemischten Polymerblends genutzt, um mit Hilfe eines neuartigen Verfahrens die mit gĂ€ngigen OberflĂ€chenspannungs- Messverfahren nicht zugĂ€nglichen CNT-OberflĂ€chenspannungsparameter einzugrenzen. Mit den so abgeleiteten Parametern konnte das experimentell beobachtete Lokalisierungsverhalten fĂŒr MWCNTs des Typs BaytubesÂź C150HP in insgesamt neun verschiedenen Blendsystemen erklĂ€rt werden.