Steigerung der Zähigkeit von isotaktischem Polypropylen durch Kontrolle der Morphologie mittels 1,3,5-Benzoltrisamiden

Titelangaben

Mörl, Michaela:
Steigerung der Zähigkeit von isotaktischem Polypropylen durch Kontrolle der Morphologie mittels 1,3,5-Benzoltrisamiden.
Bayreuth , 2018 . - VII, 152 S. - (Engineering Polymer )
( Dissertation, 2017 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)

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Abstract

Die Fließfähigkeit von Polypropylen (PP) und damit die Verarbeitbarkeit in Spritzgieß-prozessen nimmt mit sinkendem Molekulargewicht zu, die Zähigkeit nimmt jedoch mit sinkendem Molekulargewicht stark ab. Dies führt oft zu einem spröden Versagen von Spritzgießbauteilen. Eine Erhöhung der Zähigkeit kann durch die Kontrolle der Kristallmodi-fikation und der kristallinen Überstrukturen des Polymers erfolgen. Hierfür sind jedoch in der Literatur bisher keine Erkenntnisse für PP-Typen mit hohen Fließfähigkeiten vorhanden.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, mit Hilfe von Nukleierungsmitteln, die Kristall-modifikation und die kristallinen Überstrukturen eines isotaktischen Polypropylens (iPP) mit hoher Fließfähigkeit zu beeinflussen und dadurch die Kerbschlagzähigkeit gegenüber dem unnukleierten iPP um mehr als 50 % zu steigern. Weiterhin soll die mikromechanische Wirkungsweise der beta Modifikation in einem hochfließfähigen Polypropylen aufgeklärt werden.
Hierfür werden verschiedene beta-Nukleierungsmittel hinsichtlich ihres Einflusses auf das Kristallisationsverhalten eines hochfließfähigen PP-Typs untersucht. Das Polymer wird bezüglich seiner Morphologie und des Anteils an beta Modifikation sowie der (bruch-) mechanischen Eigenschaften untersucht, um eine Korrelation der jeweiligen Morphologie mit den Eigenschaften aufzustellen.
Unter quasistatischer Zugbelastung kann gezeigt werden, dass die Ergebnisse aus der Literatur für Polypropylen-Typen mit einem geringeren MFR auf das hier verwendete Polymer übertragen werden können. Die erhöhte Duktilität kann auf einen Phasenübergang von der beta Modifikation zur alpha Modifikation und eine eingeschränkte Beweglichkeit der Kristalllamellen in der alpha Modifikation zurückgeführt werden. Es kann gezeigt werden, dass eine Shish-Kebab-Struktur des Polymers in beta Modifikation, sowohl unter quasi-statischer als auch unter dynamischer Belastung zu einem verbesserten Verhalten des Materials führt. Unter schlagartiger Beanspruchung ist dieser Einfluss weniger ausgeprägt, jedoch ist eine Abweichung von der sphärolithischen Morphologie nötig, um eine Verbesserung der Zähigkeit zu erzielen. Eine Shish-Kebab-Struktur alleine (ohne beta Modifikation) ist jedoch nicht ausreichend, um die Zähigkeit zu steigern.

Abstract in weiterer Sprache

The flowability and hence the processability of polypropylene (PP) in injection molding processes increases with decreasing molecular weight. The toughness, however, strongly decreases with decreasing molecular weight. This leads to brittle fracture of injection molded parts. An increase of toughness can be obtained by controlling the crystal modification and the crystalline superstructures. However, no information can be found in literature regarding this toughness increase for PP with high flowability.
The aim of the present work is therefore to influence the crystal modification and crystalline superstructures of an isotactic polypropylene with high flowability using nucleating agents and to increase the impact toughness by at least 50 % compared to the unnucleated iPP. Furthermore, the micromechanical mechanism of the beta modification in an iPP with high flowability will be explained.
Different beta nucleating agents are therefore investigated regarding their influence on the crystallization behavior of iPP. The polymer is characterized regarding its morphology and the amount of beta modification as well as its (fracture)mechanical properties in order to correlate morphology and properties.
Under quasistatic loading, it can be shown, that the results from literature for polypropylene types with lower MFR can be transferred to the polymer used in this study. The increased ductility can be explained by a phase transition from beta to alpha modification and a decreased mobility of the crystal lamellae in the alpha modification. It can be shown that a shish-kebab structure, is beneficial for the behavior of the polymer under quasistatic as well as dynamic load. This influence is less pronounced under short-time dynamic load. However, a deviation from a spherulitic morphology is necessary in order to improve the toughness. A shish-kebab structure alone (without beta modification), however, is not enough to increase the toughness of the material.