3.7 Mikromechanische Prozesse in gefüllten Thermoplasten bei mechanischen Beanspruchungen Anwendungstechnologie und Wirtschaftlichkeit von

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1 INHALTVERZEICHNIS Verzeichnis der Abkürzungen und Zeichen.... vii 1. Einführung 1 2. Aufgabenstellung 3 3. Stand der Technik Verwendung von Füllstoffen in Thermoplaste Stand der Technik zur Dispergiemng von Füllstoffen in Thermoplasten Der Mechanismus der Agglomeratbildung von Füllstoffen Verringerung der Agglomeration des Füllstoffes durch chemische Oberflächenbehandlung Methoden zur Untersuchung der Oberflächenbehandlung der Füllstoffe Stand der Technik zur Erhöhung der Füllstoff-Matrix-Haftung Mechanismus des Werkstoffzusammenhaltes an Füllstoff- Thermoplast-Grenzflächen Benetzungstest von pulverformigen Feststoffen zur Bestimmung des Kontaktwinkels Maßnahmen zur Erhöhung der Füllstoff-Matrix-Haftung Maschinentechnik zur Compoundierung des Füllstoffes in Thermoplaste Verarbeitung der gefüllten Thermoplaste Verarbeitungsverfahren von gefüllten Thermoplasten Erhöhung der Schmelzviskosität durch Zusatz vom Füllstoff in Abhängigkeit vom Füllstoffgehalt Mechanische Eigenschaften der gefüllten Thermoplaste Modifizierung der Eigenschaften durch Spritzgießen Die kurzzeitigen mechanischen Eigenschaften der gefüllten Thermoplaste in Abhängigkeit vom Füllstoffgehalt Die Festigkeit der gefüllten Thermoplaste in Abhängigkeit vom Füllstoffgehalt Die Schlagzähigkeit der gefüllten Thermoplaste in Abhängigkeit vom Füllstoffgehalt Zusammenfassung der bisherigen Kenntnisse über die mechanischen Kurzzeit-Eigenschaften, Viskoelastizität teilkristalliner Thermoplaste Retardationsverhalten gefüllter Thermoplaste 18

2 3.7 Mikromechanische Prozesse in gefüllten Thermoplasten bei mechanischen Beanspruchungen Anwendungstechnologie und Wirtschaftlichkeit von gefüllten Kunststoffen 20 4 Versuchsplanung Versuchsmaterialien Auswahl der Füllstoffe Ausgangszustand des künstlichen Wollastonits Auswahl der Thermoplaste Oberflächenbehandlung des künstlichen Wollastonits Auswahl der Compoundieranlage Kaskadenumlaufextruder Einschneckenextruder Compoundierextruder KCK Der Turbulenzmischer Verarbeitung der gefüllten Thermoplaste zu Prüfkörper durch Spritzgießen Untersuchung der Verarbeitbarkeit Herstellung der Prüfkörper durch Spritzgieß Gesamte Verfahrensabläufe Untersuchung der Struktur der gefüllten Thermoplaste Die mechanischen Prüfverfahren Untersuchung des Materialverhaltens gegen Umgebungseinflüsse 33 5 Versuchsdurchführung Vorbereitung der konventionellen Füllstoffe Anlieferungszustand des REA-Gips und seine Vorbereitung Vorbereitung der künstlichen Wollastonite Mahlung des künstlichen Wollastonits in der Stiftmühle Bestimmung der Korngrößenverteilung und der spezifischen Oberfläche des künstlichen Wollastonits Bestimmung der Ölzahl der künstlichen Wollastonite Silanbehandlung der künstlichen Wollastonite Bestimmung der Gleichmäßigkeit der Silanbehandlung mit Hilfe der Adsorptionsisotherme Bestimmung der Benetzbarkeit durch Kohlenwasserstoffe Compoundierung Compoundierung von HDPE mit den Füllstoffen Compoundierung von PP mit den Füllstoffen auf dem Einschneckenextruder 38

3 5.4.3 Compoundierung von PP mit dem künstlichen Wollastonit auf der KCK-Anlage Compoundierung von PP mit künstlichem Wollastonit auf dem Turbulenzmischer Compoundierung von PA6 mit den Füllstoffen Verarbeitung der gefüllten Thermoplaste zu Prüfkörpern Untersuchung der Struktur der gefüllten Thermoplaste Bestimmung des Füllstoffgehaltes und der Dichte der gefüllten Thermoplaste Untersuchung der Füllstoffdispergierung DSC-Messung des Kristallisationsverhaltens Bestimmung der molekularen Orientierung in den gefüllten Thermoplasten Bestimmung der Schmelzviskositätsänderung durch Zusatz von Füllstoffen Mechanische Kurzzeit-Prüfungen Zugprüfung Schlagzähigkeit Messung der Schallemission Langzeitverhalten Ergebnisse Korngrößenverteilung des REA-Gips Charakterisierung des künstlichen Wollastonits Eigenschaften der künstlichen Wollastonite Gasadsorptionsverhalten und Benetzbarkeit des silanbehandelten und nichtbehandelten künstlichen Wollastonits Hochgefülltes HDPE Ergebnisse der Compoundierung des HDPE mit den Füllstoffen Die MFI-Meßergebnisse und das Fließverhalten beim Spritzgießen Kristallisation des ungefüllten und hochgefüllten HDPE Molekulare Orientierung in gefülltem HDPE Mechanischen Prüfungen des hochgefüllten HDPE und die Rasterelektronenmikroskopie der Bruchfläche Polypropylene Gefülltes Polypropylen nach der Compoundierung Verarbeitung des gefüllten PP durch Spritzgießen Kristallisationsverhalten des gefüllten PP mittels DSC- Untersuchung 60

4 6.4.4 Dichte des mit natürlichem und künstlichem Wollastonit gefüllten PP Mechanische Kurzzeit-Kennwerte des gefüllten PP Schallemission bei langsamer Zugbeanspruchung Einfluß des Mahlens und der Compoundierungsverfahren des künstlichen Wollastonits auf die mechanischen Kennwerte Rasterelektronenmikroskopie der Bruchflächen Kriechverhalten des gefüllten PP bei erhöhter Temperatur Wärmealterungsstabilität Lichtverhalten Wasseraufnahme Polyamid Compoundierung des PA 6 mit den Füllstoffen Verarbeitung des gefüllten PA6 durch Spritzgießen Struktur des gefüllten PA Mechanische Kurzzeit-Kennwerte des gefüllten PA Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der Bruchflächen Kriechverhalten des mit natürlichem und künstlichem Wollastonit gefüllten PA Auswertung der Ergebnisse Oberflächenbehandlung des künstlichen Wollastonits Einfluß auf die Adsorptionsisotherme Einfluß auf die Benetzung durch Kohlenwasserstoffe und Polypropylen- Schmelze Verarbeitbarkeit der hochgefüllten Thermoplaste durch Spritzgießen Füllstoffgeometrie und Viskositätserhöhung Fließverhalten der gefüllten Thermoplaste beim Spritzgießen Struktur der gefüllten Thermoplaste Kriställisationsverhalten der Matrix in den gefüllten Thermoplasten Dichte des mit natürlichem und künstlichem Wollastonit gefüllten PP und PA Rasterelektronenmikroskopie der Bruchflächen Schallemissionsmessung bei der Zugbelastung der gefüllten Thermoplaste Einfluß der Form der Prüfkörper auf die mechanischen Eigenschaften Auswertung des Kriechverhaltens der gefüllten Thermoplaste Folgerungen Compoundierung von hochgefüllten Thermoplasten 95

5 8.1.1 Dispergierung der Füllstoffe nach der Compoundierung auf verschiedenen Compoundieranlagen Spezielle Wirkung des Turbulenzmischers bei der Compoundierung von Füllstoffen mit festen Agglomeraten Vergleich der Compoundieranlagen hinsichtlich des Durchsatzes Zusammenfassung zur Compoundierung von Thermoplasten mit hohem Anteil von Füllstoffen Verarbeitung hochgefüllter Thermoplaste durch Spritzgießen Zusammenhang zwischen der Erhöhung der Schmelzviskosität durch den Zusatz von Füllstoffen und der Ölzahl der Füllstoffe Auswirkung der Oberflächenbehandlung des Füllstoffs auf die Schmelzviskosität hochgefullter Thermoplaste., Abweichung des Fließverhalten hochgefullter Thermoplaste beim Spritzgießen von den Ergebnissen der MFI-Messung Zusammenfassung zur Verarbeitung hochgefüllter Thermoplaste durch Spritzgießen Struktur hochgefüllter Thermoplaste Orientierung der plättchenformigen oder nadelförmigen Füllstoffe in hochgefüllten Thermoplasten Dispergierung des künstlichen Wollastonits und die Auswirkung der Silanbehandlung Füllstoff-Matrix-Haftung für kompakte und oberflächenporöse Füllstoffe Messung der Gleichmäßigkeit der Oberflächenbehandlung nach dem Gasadsorptionsverhalten Einfluß des Füllstoffes auf die Kristallisation der gefüllten Thermoplaste Erhöhung der molekularen Orientierung in hochgefullten Polyolefinen durch Spritzgießen Überblick zur Struktur hochgefüllter Thermoplaste Zusammenhang zwischen mechanischen Eigenschaften und Aufbau der hochgefüllten Thermoplaste Einfluß der Füllstoffe mit großem Länge/Durchmesser-Verhältnis Einfluß der Füllstoff-Matrix-Haftung auf die mechanischen Eigenschaften Einfluß der Kristallisation der gefüllten Thermoplaste auf die mechanischen Eigenschaften Einfluß der molekularen Orientierung auf die mechanischen Eigenschaften 108

6 8.4.5 Besondere Auswirkung des porösen künstlichen Wollastonits auf die mechanischen Eigenschaften der gefüllten Thermoplaste Übersicht zur Struktur und mechanischen Eigenschaften hochgefüllter Thermoplaste Zusammenhang zwischen dem Aufbau der hochgefullten Thermoplaste und ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften Oxidationsstabilität Wasseraufnahme Einfluß des Füllstoffs auf die Farbe des gefüllten PP Überblick über die chemischen und physikalischen Eigenschaften hochgefüllter Thermoplaste Anwendung von hochgefüllten Thermoplasten Umwelttechnische und wirtschaftliche Betrachtung Anwendung von hochgefullten Massenkunststoffen Anwendung von hochgefullten technischen Kunststoffen Recyclingaspekt der hochgefüllten Thermoplaste Recycling sortenreiner hochgefüllten Thermoplaste Recycling gemischter hochgefüllten Thermoplaste Ausblick hinsichtlich weiterer Entwicklung und Forschung Füllstoffe mit speziellen Wirkungen Eigenschaftsuntersuchung 122 Zusammenfassung 123 Literaturverzeichnis 125 Anhang 131