@phdthesis{Kocic2014,
  author    = {Kocic, Nikola},
  title     = {Bestimmung des Keimbildungsexponenten f{\"u}r die Kristallisation von Polymeren durch nicht-isotherme DSC-Analysen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-113950},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Thermoplastische Kunststoffe (sog. Thermoplaste) lassen sich in einem be-stimmten Temperaturbereich beliebig oft schmelzen und in einer gew{\"u}nschten Form erstarren. Grundvoraussetzung f{\"u}r eine bestimmte Anwendung eines thermoplastischen Bauteils sind die Gebrauchseigenschaften des Materials, die im Wesentlichen vom Ablauf der Erstarrung abh{\"a}ngen. Die Molek{\"u}le einiger Thermoplaste k{\"o}nnen bei der Erstarrung geordnete kristalline Bereiche bilden. Dies sind die sog. teilkristallinen Kunststoffe, deren Erstarrungsprozess Kristallisation genannt wird. Die dabei entstehenden Kristallstrukturen werden zusammen mit deren Charakteristiken allgemein als Morphologie der teilkristallinen Kunststoffe bezeichnet. Die Morphologie hat einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften des Materials. Dementsprechend stellen Kenntnisse {\"u}ber die Kristallisation eine wertvolle Hilfe bei der Vorhersage der Gebrauchseigenschaften eines teilkristallinen Kunststoffs dar. Um die Kristallisation zu starten, muss zun{\"a}chst eine Energiebarriere {\"u}berwunden werden, die an erster Stelle vom molekularen Aufbau des Kunststoffs abh{\"a}ngt. Somit weisen beispielsweise Kunststoffe mit linearen, regelm{\"a}ßigen Molek{\"u}len und kleinen Seitengruppen eine niedrigere Energiebarriere und aus diesem Grund eine starke Neigung zur Kristallisation auf. Einige Zusatzstoffe wie z. B. unterschiedliche Additive, Farbstoffe oder F{\"u}llstoffe k{\"o}nnen die Energiebarriere und infolgedessen die Kristallisation eines teilkristallinen Kunststoffs wesentlich beeinflussen. Das Ziel dieser Dissertation war es, ein bestehendes Kristallisationsmodell zu erweitern und es an gef{\"u}llte oder additivmodifizierte teilkristalline Kunststoffe anzupassen. Das erweiterte Modell soll die Ermittlung eines Kristallisationspa-rameters, des sog. Keimbildungsexponenten, eines gef{\"u}llten oder additivmodifizierten teilkristallinen Kunststoffs bei der nicht-isothermen Kristallisation erm{\"o}glichen. Der Keimbildungsexponent ist mit der erw{\"a}hnten Energiebarriere eng verbunden und bestimmt somit den Ablauf des Kristallisationsprozesses bzw. die daraus folgende Morphologie. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeit lag darin, die vorgeschlagene Modellerweiterung bei verschiedenen Abk{\"u}hlgeschwindigkeiten zu {\"u}berpr{\"u}fen. Im Anschluss sollten die Beziehungen zwischen den berechneten Keimbildungsexponenten und experimentell ermittelten me-chanischen Eigenschaften (E-Modul, Streckspannung und Schlagz{\"a}higkeit) {\"u}berpr{\"u}ft werden. F{\"u}r die Untersuchungen wurden drei verschiedene Polymersysteme verwendet: PP / Talkum, HDPE / Talkum sowie PA6 / Bentonit. Hierbei weist der F{\"u}llstoff eine stark positive, schwach positive bzw. inhibierende Wirkung auf die Kristallisation der entsprechenden Polymermatrix auf. Hinsichtlich reiner Polymere wurde eine gute {\"U}bereinstimmung zwischen den ermittelten und Literaturwerten des Keimbildungsexponenten festgestellt. Die Zugabe von positiv wirkendem Talkum in PP bzw. HDPE f{\"u}hrt zu einer Abnah-me des Keimbildungsexponenten, was zu dickeren Kristallen des jeweiligen Kunststoffs f{\"u}hrte. Im Gegensatz dazu bewirkte die Bentonitzugabe einen zu-nehmenden Keimbildungsexponenten, was anschließend d{\"u}nnere PA6-Kristalle zur Folge hat. Die durchgef{\"u}hrten Untersuchungen zeigen außerdem, dass die F{\"u}llstoffpartikelgr{\"o}ße einen ausgepr{\"a}gten Einfluss auf den ermittelten Keimbildungsexponenten hat. Weiterhin wurde festgestellt, dass der ermittelte Keimbildungsexponent durch die (DSC)-Abk{\"u}hlgeschwindigkeit beeinflusst wird. Es wurde ferner gezeigt, dass sich dieser Einfluss ab einer bestimmten Abk{\"u}hlgeschwindigkeit (20 K/min im Falle des PP und HDPE bzw. 15 K/min im Falle des PA6) nicht mehr {\"a}ndert, was zu einem konstanten Keimbildungsexponenten f{\"u}hrt. Um den Einfluss der Abk{\"u}hlgeschwindigkeit auf die modellierte Gr{\"o}ße zu ber{\"u}cksichtigen, sind weitere Untersuchungen n{\"o}tig. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen weiterhin, dass der berechnete Keimbildungsexponent mit den experimentell ermittelten Werten f{\"u}r E-Modul, Streckspannung und Charpy-Schlagz{\"a}higkeit bei talkumgef{\"u}lltem PP gut korreliert. Solche Korrelationen wurden jedoch bei den HDPE- und PA6-Proben nicht gefunden. Der Grund hierf{\"u}r k{\"o}nnte eine ausgepr{\"a}gte Orientierung der HDPE-Makromolek{\"u}le bzw. ein starker mikromechanischer Effekt des exfolierten Bentonits sein. Diese Effekte konnten im Rahmen der Arbeiten best{\"a}tigt werden. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Mo-dellerweiterung auch bei gef{\"u}llten oder additivmodifizierten Kunststoffen zufriedenstellende Resultate liefert. Die entsprechende Berechnung erfordert dabei lediglich eine DSC-Messung, was im Vergleich zum Stand der Technik in einen niedrigeren Messaufwand resultiert. Die vorliegende Arbeit liefert daher einen signifikanten Beitrag zur Erstellung des Zusammenhangs zwischen der Kristallisation, der Morphologie und dem mechanischen Verhalten von teilkristallinen Polymeren.},
  subject      = {Kristallisation},
  language  = {de}
}