TY - THES

T1 - Polybutylensuccinat als potentieller Substitutionswerkstoff für Polypropylen und Polybuten

AU - Klutz, Alexander

N1 - gesperrt bis null

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Charakterisierung des petrochemisch-basierten, biologisch abbaubaren Biopolymers Polybutylensuccinat (PBS) und dem Vergleich dessen Eigenschaften mit jenen der konventionellen Kunststoffen Polypropylen (Random-Copolymer, PP) bzw. Poly-1-buten (PB), um eine mögliche Substituierbarkeit dieser Materialien durch PBS in Strukturanwendungen zu evaluieren. Der werkstoffliche Vergleich erfolgte sowohl an extrudierten Folien als auch an gepressten Platten. Der Fokus lag auf morphologischen, thermischen, thermo-mechanischen und mechanischen Werkstoffcharakteristika. Differenzkalorimetrische Untersuchungen zeigten, dass PBS mit 117 °C die geringste Schmelzpeaktemperatur vor PB (129 °C) und PP (143 °C) aufwies, was sich aufgrund des früher einsetzenden Schmelzvorgangs in einer stärkeren thermischen Ausdehnung von PBS bei geringen Temperaturen wiederspiegelte. Der bei PBS auftretende Schmelz-Rekristallisationsprozess war bei den Folienprüfkörpern stärker ausgeprägt als bei den Platten, was auf die bei den Herstellungsverfahren unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten zurückgeführt wurde. Die Zug-, Druck- und Biegemoduln von PBS lagen zwischen jenen der Vergleichsmaterialien. Sowohl PBS als auch PP und PB zeigten dabei die zu erwartende Tendenz in Bezug auf Festigkeitskennwerte (σZug <σDruck <σBiege). Im plastischen Verformungsbereich wies PBS im Vergleich die höchste Streckgrenze mit 38 MPa bei Raumtemperatur sowie das höchste Spannungsniveau im Bereich der Kaltverformung auf. Analog dazu wies PBS das höchste Spannungsniveau im Druckversuch auf, was mit seiner feineren kristallinen Überstruktur zusammenhängen dürfte. Polarisationsmikroskopische Analysen bei PBS zeigten keine sichtbaren kristallinen Überstrukturen, bei PP und PB wurden hingegen sphärolitische Überstrukturen festgestellt. Unter schlagartiger Beanspruchung wiesen PBS und PB ähnliche spröd-zäh-Übergänge im Bereich von 0 °C sowie Kerbschlagzähigkeitsniveaus auf. Bezüglich des Rissverhaltens wurden allerdings vorrangig Ähnlichkeiten zwischen PBS und PP (Zonen mit instabiler Rissausbreitung bzw. Fließen mit anschließendem Tiefziehen) festgestellt. Tendenziell waren die Ergebnisse der Platten- und Folienprüfkörper von PBS vergleichbar, allerdings wurde bei den Zugversuchen der Folienprüfkörper der sogenannte „stress-oscillation-Effekt“ beobachtet. Dieser trat bei den plattenförmigen Prüfkörpern nicht auf.

AB - Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Charakterisierung des petrochemisch-basierten, biologisch abbaubaren Biopolymers Polybutylensuccinat (PBS) und dem Vergleich dessen Eigenschaften mit jenen der konventionellen Kunststoffen Polypropylen (Random-Copolymer, PP) bzw. Poly-1-buten (PB), um eine mögliche Substituierbarkeit dieser Materialien durch PBS in Strukturanwendungen zu evaluieren. Der werkstoffliche Vergleich erfolgte sowohl an extrudierten Folien als auch an gepressten Platten. Der Fokus lag auf morphologischen, thermischen, thermo-mechanischen und mechanischen Werkstoffcharakteristika. Differenzkalorimetrische Untersuchungen zeigten, dass PBS mit 117 °C die geringste Schmelzpeaktemperatur vor PB (129 °C) und PP (143 °C) aufwies, was sich aufgrund des früher einsetzenden Schmelzvorgangs in einer stärkeren thermischen Ausdehnung von PBS bei geringen Temperaturen wiederspiegelte. Der bei PBS auftretende Schmelz-Rekristallisationsprozess war bei den Folienprüfkörpern stärker ausgeprägt als bei den Platten, was auf die bei den Herstellungsverfahren unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten zurückgeführt wurde. Die Zug-, Druck- und Biegemoduln von PBS lagen zwischen jenen der Vergleichsmaterialien. Sowohl PBS als auch PP und PB zeigten dabei die zu erwartende Tendenz in Bezug auf Festigkeitskennwerte (σZug <σDruck <σBiege). Im plastischen Verformungsbereich wies PBS im Vergleich die höchste Streckgrenze mit 38 MPa bei Raumtemperatur sowie das höchste Spannungsniveau im Bereich der Kaltverformung auf. Analog dazu wies PBS das höchste Spannungsniveau im Druckversuch auf, was mit seiner feineren kristallinen Überstruktur zusammenhängen dürfte. Polarisationsmikroskopische Analysen bei PBS zeigten keine sichtbaren kristallinen Überstrukturen, bei PP und PB wurden hingegen sphärolitische Überstrukturen festgestellt. Unter schlagartiger Beanspruchung wiesen PBS und PB ähnliche spröd-zäh-Übergänge im Bereich von 0 °C sowie Kerbschlagzähigkeitsniveaus auf. Bezüglich des Rissverhaltens wurden allerdings vorrangig Ähnlichkeiten zwischen PBS und PP (Zonen mit instabiler Rissausbreitung bzw. Fließen mit anschließendem Tiefziehen) festgestellt. Tendenziell waren die Ergebnisse der Platten- und Folienprüfkörper von PBS vergleichbar, allerdings wurde bei den Zugversuchen der Folienprüfkörper der sogenannte „stress-oscillation-Effekt“ beobachtet. Dieser trat bei den plattenförmigen Prüfkörpern nicht auf.

KW - Biopolymer

KW - Substitution

KW - Polybutylensuccinat

KW - PBS

KW - biologisch abbaubar

KW - biopolymer

KW - polybutylene succinate

KW - PBS

KW - biodegradable

M3 - Masterarbeit

ER -