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Nachweis von Struktur und Morphologie mittels rheologischer Methoden

Rheologische Eigenschaften von Polymeren haben einen bedeutenden Einfluss auf die Verarbeitung und die Anwendung von Polymeren für unterschiedlichste Applikationen.

Seit vielen Jahren werden rheologische Methoden als Werkzeug zur Strukturaufklärung Polymeren und zur Beschreibung des Fließverhaltens bei der Verarbeitung verwendet.

Die Struktur-Eigenschafts-Relationen von Polymeren sind aus drei Gründen von praktischem Interesse: Erstens sind die rheologischen Eigenschaften sehr stark von bestimmten Strukturparametern abhängig und die Messmethoden sind einfacher in der Handhabung als andere analytische Methoden, wie zu Beispiel die Kernspinresonanz. Zweitens bestimmen die rheologischen Parameter das Fließverhalten bei der Verarbeitung als Lösung oder im geschmolzenen Zustand. Als drittes sind definierte mechanische Eigenschaften für die Anwendung von Polymeren für unterschiedlichste Einsatzgebiete erforderlich.

Die Bewertung der Struktur und der Strukturbildung von Polymeren in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern stehen im Fokus komplexer Berechnungen und unterschiedlichsten Experimenten.

Methoden

Oszillatorische Messungen mit überlagerten Harmonischen Frequenzen

Oszillatorische Scherung mit großen Amplituden unter Verwendung einer partitionierten Kegel-Platte-Geometrie  an hochviskosen Fluiden

Scherung mit orthogonaler Superposition oder oszillierender  Kompression von weichen polymeren Festkörpern (Gele)

SER Universal Testing Platform  für Messungen mit uniaxialer Dehnung bei definierter Hencky Deformation in einem Rotationsrheometer

Arbeitsfelder

  • Nukleierte Kristallisation von teilkristallinen Polymeren mit dem Ziel der Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften
  • Charakterisierung der Spinnbarkeit von teilkristallinen Polymeren
  • Untersuchung von Hydrogelen für Anwendungen im Bereich von biosensorischen Geräten, in der Diagnostik, als Aktuatoren und in der Mikrofluidik. Von besonderer Bedeutung sind mono- and bisensitive Hydrogele for die Mikrosystemtechnik

Beispiele

Abb. 1: Speichermodul von isotaktischen Polypropylen während der isothermen Kristallisation bei 138 °C in Abhängigkeit von unterschiedlichen Vorscherungen. Die Probe PP/PCC enthält 5 Ma.-% aciculäres gefälltes Calciumcarbonat als Whisker.
Abb. 2: Erstes Heizen im DSC der Proben Abb.1 nach der isothermen Kristallisation

Ausgewählte Publikationen

R. Vogel, M. Vučak, C. Nover, L. Peitzsch Precipitated calcium carbonate as carrier particles of ‘dry liquids’ for post-processing crosslinking reactions Rubber Fibres Plastics International 8 (2013) 1, 36-39

R. Vogel, R. Boldt, M. Vučak, C. Nover , L. Häußler, H. Brünig:Acicular precipitated calcium carbonate as inorganic whisker for reinforcing of polypropylene fibers e-Polymers 13 (2013) 1, 300

R. Vogel, R. Boldt, M. Vučak, L. Häußler Shear-Induced Shish-Kebab Structures in Isotactic Polypropylene using Acicular Precipitated Calcium Carbonate as Whisker Polymer Engineering and Science 54 (2014) 9, 2057-2063