TY - THES

T1 - Bohrschlamm als Füllstoff in thermoplastischen Kunststoffen

AU - Begusch, Martin

N1 - gesperrt bis 16-09-2018

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Ziel dieser Arbeit war die Einarbeitung von drei verschieden aufbereiteten Bohrschlammtypen in drei unterschiedliche thermoplastische Kunststoffmatrizen mit drei unterschiedlichen Füllgraden, sowie die Bestimmung der mechanischen und rheologischen Eigenschaften dieser Mischungen. Die Grundpolymere bildeten ein Polypropylen (PP) HC600TF (Borealis), ein Polystyrol (PS) 168 N (Styrolution) und ein Polyvinylchlorid (PVC) Decelith 65138 glasklar 0211 (Polyplast CW). Das PVC ist ein Weich-PVC, welches bereit zur Verarbeitung ist und im Bereich von Kabelummantelungen sowie zur Produktion von Profilen und Schläuchen angewendet wird. Die drei Füllstoffe wurden per Hammermühle, Rüttelsieb (Shaker) und Zentrifuge aufbereitet und wiesen unterschiedliche Konzentrationen an Wasser/Öl auf. Durch Kombination der Polymermatrizen mit den drei Füllstoffen bei drei unterschiedlichen Füllgraden ergaben sich somit 27 Compounds und drei Nullproben die hinsichtlich verschiedenster Materialeigenschaften untersucht wurden. Diese Materialien wurden, bezüglich des rheologischen Aspekts, zum einen mittels Rotations-Schwingungs-Rheometer, in Kegel-Platte Ausführung, zur Ermittlung der komplexen Viskosität untersucht und zum anderen per Rheotens-Test die Schmelzesteifigkeit der Kunststoffstränge bestimmt. Die mechanischen Eigenschaften der Bohrschlamm-Compounds wurden durch Zug- und Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy ermittelt. Weitere materialspezifische Stoffdaten wurden per thermogravimetrischer Analyse (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) und Glühverlustmessung ermittelt. Im rheologischen Bereich zeigte der Hammermühlen-Füllstoff, insbesondere bei der Kombination mit PP, bei den unterschiedlichen Füllstoffgraden die besten Materialeigenschaften. Diese Materialkombination verringert die Viskosität um bis zu 92 % gegenüber dem reinen Polypropylen. Auch bei der Rheotensuntersuchung zeichnet sich der Hammermühlen Füllstoff durch die geringste Abnahme der Schmelzesteifigkeit aus. In puncto mechanischer Eigenschaften konnte im Bereich der Kerbschlagbiegeprüfung bei den mit 10 Gew.-% gefüllten PVC Materialien bessere Werte detektiert werden als dies beim reinen PVC der Fall ist. Beim Zugversuch ergab die Untersuchung der Compounds bei allen Füllgraden und Polymertypen eine Erhöhung der E-Moduln, um 4 % bis 243 %, sowie eine mit steigendem Füllstoffgehalt stetige Abnahme der Zugfestigkeit. Das Fazit dieser Arbeit ist, dass die Einarbeitung von Bohrschlamm durch Compoundierung problemlos möglich ist. Der Einsatz von Bohrschlamm als Füllstoff in thermoplastischen Kunststoffen ist vom rheologischen und mechanischen Aspekt gesehen empfehlenswert. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Aufbereitungsart des Füllstoffs erheblichen Einfluss auf die Performance des Thermoplasten hat.

AB - Ziel dieser Arbeit war die Einarbeitung von drei verschieden aufbereiteten Bohrschlammtypen in drei unterschiedliche thermoplastische Kunststoffmatrizen mit drei unterschiedlichen Füllgraden, sowie die Bestimmung der mechanischen und rheologischen Eigenschaften dieser Mischungen. Die Grundpolymere bildeten ein Polypropylen (PP) HC600TF (Borealis), ein Polystyrol (PS) 168 N (Styrolution) und ein Polyvinylchlorid (PVC) Decelith 65138 glasklar 0211 (Polyplast CW). Das PVC ist ein Weich-PVC, welches bereit zur Verarbeitung ist und im Bereich von Kabelummantelungen sowie zur Produktion von Profilen und Schläuchen angewendet wird. Die drei Füllstoffe wurden per Hammermühle, Rüttelsieb (Shaker) und Zentrifuge aufbereitet und wiesen unterschiedliche Konzentrationen an Wasser/Öl auf. Durch Kombination der Polymermatrizen mit den drei Füllstoffen bei drei unterschiedlichen Füllgraden ergaben sich somit 27 Compounds und drei Nullproben die hinsichtlich verschiedenster Materialeigenschaften untersucht wurden. Diese Materialien wurden, bezüglich des rheologischen Aspekts, zum einen mittels Rotations-Schwingungs-Rheometer, in Kegel-Platte Ausführung, zur Ermittlung der komplexen Viskosität untersucht und zum anderen per Rheotens-Test die Schmelzesteifigkeit der Kunststoffstränge bestimmt. Die mechanischen Eigenschaften der Bohrschlamm-Compounds wurden durch Zug- und Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy ermittelt. Weitere materialspezifische Stoffdaten wurden per thermogravimetrischer Analyse (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) und Glühverlustmessung ermittelt. Im rheologischen Bereich zeigte der Hammermühlen-Füllstoff, insbesondere bei der Kombination mit PP, bei den unterschiedlichen Füllstoffgraden die besten Materialeigenschaften. Diese Materialkombination verringert die Viskosität um bis zu 92 % gegenüber dem reinen Polypropylen. Auch bei der Rheotensuntersuchung zeichnet sich der Hammermühlen Füllstoff durch die geringste Abnahme der Schmelzesteifigkeit aus. In puncto mechanischer Eigenschaften konnte im Bereich der Kerbschlagbiegeprüfung bei den mit 10 Gew.-% gefüllten PVC Materialien bessere Werte detektiert werden als dies beim reinen PVC der Fall ist. Beim Zugversuch ergab die Untersuchung der Compounds bei allen Füllgraden und Polymertypen eine Erhöhung der E-Moduln, um 4 % bis 243 %, sowie eine mit steigendem Füllstoffgehalt stetige Abnahme der Zugfestigkeit. Das Fazit dieser Arbeit ist, dass die Einarbeitung von Bohrschlamm durch Compoundierung problemlos möglich ist. Der Einsatz von Bohrschlamm als Füllstoff in thermoplastischen Kunststoffen ist vom rheologischen und mechanischen Aspekt gesehen empfehlenswert. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Aufbereitungsart des Füllstoffs erheblichen Einfluss auf die Performance des Thermoplasten hat.

KW - cutting

KW - drilling mud

KW - compound

KW - thermoplastic polymer

KW - PP

KW - PS

KW - PVC

KW - polypropylene

KW - polystyrol

KW - polyvinylchlorid

KW - rheotens

KW - Charpy

KW - tensile test

KW - viscosity

KW - DSC

KW - TGA

KW - Bohrschlamm

KW - Compound

KW - Thermoplast

KW - PP

KW - PS

KW - PVC

KW - Polypropylene

KW - Polystyrol

KW - Polyvinylchlorid

KW - Rheotens

KW - Charpy

KW - Zugversuch

KW - Viskosität

KW - DSC

KW - TGA

M3 - Masterarbeit

ER -