Mikroskopische in-situ Charakterisierung der lokalen viskoelastischen Phaseneigenschaften von thermoplastischen Vulkanisaten zur Untersuchung des Rezeptur- und Prozesseinflusses auf die mikromechanischen Wirkzusammenhänge

• Antragsteller: Professor Dr. Rainer Dahlmann
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533837197

Unter den thermoplastischen Elastomeren (TPE) findet sich die Gruppe der thermoplastischen Vulkanisate (TPV) in dem Großteil der Anwendungen. Bei den TPV liegt die Elastomerphase vernetzt und fein dispergiert in der kontinuierlichen Thermoplastphase vor. Bereits im Herstellungsprozess, der dynamischen Vulkanisation, wird die lokalen Konstitution des Werkstoffs, Partikelgröße, Vernetzungsgrad der Elastomerphase, Kettenabbau der Thermoplastphase, beeinflusst. In der Weiterverarbeitung im Spritzgießverfahren wird in Abhängigkeit der Fließ- und Abkühlbedingungen die lokale Konfiguration des Polymerblends bestimmt. Wichtigste Kenngrößen sind hier die Verstreckung und die Orientierung der Elastomerpartikel. Beide Prozesse haben folglich einen signifikanten Einfluss auf die resultierenden makroskopischen mechanischen Werkstoffeigenschaften. Diese Effekte resultieren in Komplexen Wirkzusammenhängen, welche bisher noch nicht vollständig verstanden und erforscht sind. Insbesondere in der Compoundierung werden die mechanischen Eigenschaften der Einzelphasen verändert. Dies geschieht aufgrund der Dispersion von Zuschlagstoffen, wie Weichmacheröle und das Vernetzungssytem. In der Literatur wird von einem Konzentrationsausgleich der Zuschlagstoffe zwischen den Basispolymeren ausgegangen. Zusätzlich werden die mechanischen Eigenschaften durch chemische Prozesse beeinflusst. In der Elastomerphase findet die Vernetzung statt. Im Thermoplast kann das Vernetzungssystem einen Kettenabbau verursachen. Aufgrund der starken Veränderung der mechanischen Phaseneigenschaften im Mischprozess können diese nicht anhand von makroskopischen mechanischen Prüfungen versuchen bestimmt werden. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen daher lokale mechanische Prüfungen mithilfe eines Atomic Force Mikroskops dazu verwendet werden, die mechanischen Eigenschaften in-situ zu bestimmen. Daraus werden Eingangsdaten für viskoelastische Materialmodelle generiert der Einzelphasen generiert. Diese Modelle werden in mikromechanischen Modellen basierend auf repräsentativen Volumenelementen verwendet, um tieferes Verständnis über die im TPV ablaufenden Mechanismen unter mechanischer Beanspruchung zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen