TY - THES

T1 - Mechanische Leistungssteigerung von Butadienkautschuken durch Modifizierung mit Carbon-Nanotubes

AU - Mach, Erwin Rudolf

N1 - gesperrt bis null

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurden Compounds aus Nitrilkautschuk (NBR) und hydriertem Nitrilkautschuk (HNBR) als Matrixmaterialien und Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT) als aktive Füllstoffe hergestellt und im Hinblick auf ihre mechanischen und thermo-mechanischen Eigenschaften untersucht. Bei den eingesetzten Matrix-Elastomeren wurde zudem der Gehalt an Acrylnitril (ACN) variiert. In der ersten Phase wurden diese Matrizes im Verfahren der Feststoff-Compoundierung zunächst mit demselben Gehalt (30 phr) und derselben Type an MWCNTs gefüllt. Die eingesetzten Charakterisierungsmethoden umfassten Zugversuche, dynamisch-mechanischen Analysen (DMA), Härtemessungen, Dichtemessungen und Differential Scanning Calorimetry (DSC). Je nach Elastomermatrix (ACN-Gehalt) wurden unterschiedliche Verbesserungen der Eigenschaften gefunden. Im Vergleich zur unverstärkten Elastomermatrix wurde beim besten Compound die Reißfestigkeit um 400 % gesteigert und erreichte einen Wert von 27 MPa bei über 200% Reißdehnung (400% bei unverstärkter Matrix). Für die zweite Phase wurde dann die Matrix des besten Compounds für weitere Untersuchungen zum Einfluss des MWCNT-Anteils (drei unterschiedliche Füllgrade) und der MWCNT-Kompatibilisierung (unkompatibilisiert vs. carboxy- und hydroxy-funktionalisiert) ausgewählt. Die Herstellung dieser Elastomer/MWCNT-Compounds erfolgte ebenfalls durch Feststoff-Compoundierung. Bereits ab 1,2 m% Füllstoff war eine signifikante Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erkennbar. Für das Compound mit 30 m% hydroxy-funktioalisierten MWCNTs wurde ein ausgezeichneter Reißfestigkeitswert von 25 MPa ermittelt (Erhöhung um 400 % im Vergleich zur ungefüllten Matrix), wobei die Reißdehnung lediglich um 25 % abnahm (von 400% auf 300%). Während für die Eigenschaften Härte, Dichte und Glasübergangstemperatur teilweise deutliche Veränderungen mit dem MWCNT-Anteil gefunden wurden, war kein signifikanter Einfluss der MWCNT-Kompatibilisierung feststellbar.

AB - Im Rahmen dieser Arbeit wurden Compounds aus Nitrilkautschuk (NBR) und hydriertem Nitrilkautschuk (HNBR) als Matrixmaterialien und Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT) als aktive Füllstoffe hergestellt und im Hinblick auf ihre mechanischen und thermo-mechanischen Eigenschaften untersucht. Bei den eingesetzten Matrix-Elastomeren wurde zudem der Gehalt an Acrylnitril (ACN) variiert. In der ersten Phase wurden diese Matrizes im Verfahren der Feststoff-Compoundierung zunächst mit demselben Gehalt (30 phr) und derselben Type an MWCNTs gefüllt. Die eingesetzten Charakterisierungsmethoden umfassten Zugversuche, dynamisch-mechanischen Analysen (DMA), Härtemessungen, Dichtemessungen und Differential Scanning Calorimetry (DSC). Je nach Elastomermatrix (ACN-Gehalt) wurden unterschiedliche Verbesserungen der Eigenschaften gefunden. Im Vergleich zur unverstärkten Elastomermatrix wurde beim besten Compound die Reißfestigkeit um 400 % gesteigert und erreichte einen Wert von 27 MPa bei über 200% Reißdehnung (400% bei unverstärkter Matrix). Für die zweite Phase wurde dann die Matrix des besten Compounds für weitere Untersuchungen zum Einfluss des MWCNT-Anteils (drei unterschiedliche Füllgrade) und der MWCNT-Kompatibilisierung (unkompatibilisiert vs. carboxy- und hydroxy-funktionalisiert) ausgewählt. Die Herstellung dieser Elastomer/MWCNT-Compounds erfolgte ebenfalls durch Feststoff-Compoundierung. Bereits ab 1,2 m% Füllstoff war eine signifikante Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erkennbar. Für das Compound mit 30 m% hydroxy-funktioalisierten MWCNTs wurde ein ausgezeichneter Reißfestigkeitswert von 25 MPa ermittelt (Erhöhung um 400 % im Vergleich zur ungefüllten Matrix), wobei die Reißdehnung lediglich um 25 % abnahm (von 400% auf 300%). Während für die Eigenschaften Härte, Dichte und Glasübergangstemperatur teilweise deutliche Veränderungen mit dem MWCNT-Anteil gefunden wurden, war kein signifikanter Einfluss der MWCNT-Kompatibilisierung feststellbar.

KW - Multi Walled Carbon Nanotube MWCNT Nitrile content HNBR NBR Mechanical performance optimization for Butadien rubbers

KW - Multi Walled Carbon Nanotubes Acrylnitrilgehalt HNBR NBR MWCNT Leistungssteigerung von Butadienkautschuken

M3 - Masterarbeit

ER -