TY - THES

T1 - Optimierung der Wärmeleitfähigkeit von kompakten Polyethylen in Hinblick auf geschäumte Dämmstoffe

AU - Kerschbaumer, Roman

N1 - gesperrt bis 20-03-2017

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Ziel dieser Masterarbeit war es, in Kooperation mit der Fa. Steinbacher Dämmstoffe, die Wärmeleitfähigkeit eines Polyethylens, durch Zugabe von diversen Füllstoffen und Verbesserung des Schaumverhaltens in Richtung geringerer Wärmeleitfähigkeit, zu optimieren. Die Wärmeleitfähigkeit ist bei geschäumten Kunststoffen direkt von der Zellbildung abhängig und diese hängt wiederum mit der Schmelzefestigkeit zusammen. Eine höhere Schmelzefestigkeit unterstützt die Bildung von kleineren Zellen. Auch die Zelldichte spielt dabei eine wichtige Rolle. Je höher diese ist, umso geringer wird die Wärmeleitfähigkeit, weil der Wärmetransport durch das Material beeinträchtigt wird. Demzufolge wurden unterschiedliche Nanofüllstoffe verwendet, da diese vor allem die Schmelzefestigkeit verbessern. Außerdem kam eine Cellulosefaser zum Einsatz, da diese einen sehr positiven Effekt auf die Zelldichte hat. Um eine Aussage machen zu können, welcher Füllstoff die maximale Steigerung in der Schmelzefestigkeit bringt, wurden unterschiedliche Formulierungen hergestellt. Die Untersuchungen zeigten, dass die Formulierungen mit Nanofil 5 die maximale Steigerung in der Schmelzefestigkeit ergab. Auch die Ergebnisse der Formulierungen mit Cellulosefaser zeigten eine vielversprechende Erhöhung der Schmelzefestigkeit. Desweiteren wurde bei den Formulierungen mit Nanofil 5 und Cellulosefaser ein signifikanter Unterschied zwischen den einzelnen Konzentrationen, in Hinblick auf maximale Schmelzefestigkeit, detektiert. Aus diesem Grund wurden diese beiden Füllstoffe für die weiteren Untersuchungen herangezogen Die Ergebnisse der Wärmeleitfähigkeitsmessungen sind positiv zu bewerten. Durch Zugabe des Füllstoffes Nanofil 5 wurde die Wärmeleitfähigkeit im Bezug auf das ungeschäumte Matrixpolymer nicht erhöht bzw. es konnte keine Erhöhung aufgrund der geringen Füllgrade detektiert werden. Die Wärmeleitfähigkeit der Formulierungen mit Cellulosefaser liegt oberhalb der Kristallisationstemperatur ca. 20 % höher als jene vom ungefüllten Polyethylen. Dieser Anstieg kann vorteilhaft für die Verarbeitung sein. Im Anwendungsbereich allerdings, liegen diese Formulierungen im Bereich des Grundpolymers. Durch die Zugabe der Füllstoffe ist es möglich die Schmelzefestigkeit des Polyethylens, bei „gleichbleibender“ Wärmeleitfähigkeit, verglichen mit dem ungefüllten Polymer, zu erhöhen. Weiters konnte gezeigt werden, dass Schichtsilikate und Cellulosefaser eine verbesserte Nukleierungswirkung besitzen. Jedoch gibt es noch ein erhebliches Optimierungspotential. Folglich sollte es möglich sein geschäumte Dämmstoffe mit diesen Formulierungen herzustellen, welche eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit infolge von kleineren Zellen, bedingt durch die erhöhte Schmelzefestigkeit, im Produkt aufweisen.

AB - Ziel dieser Masterarbeit war es, in Kooperation mit der Fa. Steinbacher Dämmstoffe, die Wärmeleitfähigkeit eines Polyethylens, durch Zugabe von diversen Füllstoffen und Verbesserung des Schaumverhaltens in Richtung geringerer Wärmeleitfähigkeit, zu optimieren. Die Wärmeleitfähigkeit ist bei geschäumten Kunststoffen direkt von der Zellbildung abhängig und diese hängt wiederum mit der Schmelzefestigkeit zusammen. Eine höhere Schmelzefestigkeit unterstützt die Bildung von kleineren Zellen. Auch die Zelldichte spielt dabei eine wichtige Rolle. Je höher diese ist, umso geringer wird die Wärmeleitfähigkeit, weil der Wärmetransport durch das Material beeinträchtigt wird. Demzufolge wurden unterschiedliche Nanofüllstoffe verwendet, da diese vor allem die Schmelzefestigkeit verbessern. Außerdem kam eine Cellulosefaser zum Einsatz, da diese einen sehr positiven Effekt auf die Zelldichte hat. Um eine Aussage machen zu können, welcher Füllstoff die maximale Steigerung in der Schmelzefestigkeit bringt, wurden unterschiedliche Formulierungen hergestellt. Die Untersuchungen zeigten, dass die Formulierungen mit Nanofil 5 die maximale Steigerung in der Schmelzefestigkeit ergab. Auch die Ergebnisse der Formulierungen mit Cellulosefaser zeigten eine vielversprechende Erhöhung der Schmelzefestigkeit. Desweiteren wurde bei den Formulierungen mit Nanofil 5 und Cellulosefaser ein signifikanter Unterschied zwischen den einzelnen Konzentrationen, in Hinblick auf maximale Schmelzefestigkeit, detektiert. Aus diesem Grund wurden diese beiden Füllstoffe für die weiteren Untersuchungen herangezogen Die Ergebnisse der Wärmeleitfähigkeitsmessungen sind positiv zu bewerten. Durch Zugabe des Füllstoffes Nanofil 5 wurde die Wärmeleitfähigkeit im Bezug auf das ungeschäumte Matrixpolymer nicht erhöht bzw. es konnte keine Erhöhung aufgrund der geringen Füllgrade detektiert werden. Die Wärmeleitfähigkeit der Formulierungen mit Cellulosefaser liegt oberhalb der Kristallisationstemperatur ca. 20 % höher als jene vom ungefüllten Polyethylen. Dieser Anstieg kann vorteilhaft für die Verarbeitung sein. Im Anwendungsbereich allerdings, liegen diese Formulierungen im Bereich des Grundpolymers. Durch die Zugabe der Füllstoffe ist es möglich die Schmelzefestigkeit des Polyethylens, bei „gleichbleibender“ Wärmeleitfähigkeit, verglichen mit dem ungefüllten Polymer, zu erhöhen. Weiters konnte gezeigt werden, dass Schichtsilikate und Cellulosefaser eine verbesserte Nukleierungswirkung besitzen. Jedoch gibt es noch ein erhebliches Optimierungspotential. Folglich sollte es möglich sein geschäumte Dämmstoffe mit diesen Formulierungen herzustellen, welche eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit infolge von kleineren Zellen, bedingt durch die erhöhte Schmelzefestigkeit, im Produkt aufweisen.

KW - melt stiffness

KW - thermal conductivity

KW - layered silicates

KW - cellulose fiber

KW - foamed insulation

KW - Schmelzesteifigkeit

KW - Wärmeleitfähigkeit

KW - Schichtsilikate

KW - Cellulosefaser

KW - geschäumte Dämmstoffe

M3 - Masterarbeit

ER -