<> "The repository administrator has not yet configured an RDF license."^^ . <> . . "Neue Harzsysteme für Faserverbundwerkstoffe"^^ . "Im Verlauf dieser Arbeit wurden Harzsysteme für Anwendungen im Automobilbereich entwickelt und untersucht. Im ersten Teil der Arbeit wurden Epoxidharzformulierungen für das Resin Transfer Molding (RTM)-Verfahren entwickelt. Das Ziel bestand darin ein auf dem Diglycidylether von Bisphenol A (DGEBA) basierendes Epoxidharzsystem mit einer Glasübergangstemperatur TG (max. tan δ) von mindestens 190°C und ausreichender Bruchzähigkeit (KIC ≥ 0,7 MPam1/2) zu entwickeln. Diese anspruchsvollen Zielparameter sollten durch die Optimierung des Härtungsprozesses und die Anwendung geeigneter TG- und Zähmodifier erreicht werden. Gemäß der Aufgabenstellung wurden in diesem Versuchskomplex keine Verbundmaterialien sondern nur Reinharzsysteme untersucht. Zunächst wurden die thermischen und mechanischen Eigenschaften von aminisch sowie mittels Homopolymerisation gehärteten DGEBA-Proben untersucht. Als aminische Härter wurden cyclische aliphatische Amine (IPDA, 1,2-DACH und M-DACH), cyclische verbrückte aliphatische Amine (DC und PACM20, DMDC, TMDC) sowie das aromatisches Amin LonzacureTM DETDA 80 verwendet. Die Homopolymerisation des DGEBA erfolgte mit dem Initiator 1-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat (EMIM Ac). Bei der Optimierung des Härtungsprozesses wurde festgestellt, dass eine Nachtemperung bei 200°C die Glasübergangstemperatur TG (max. tanδ) deutlich erhöht. Mit aminisch gehärteten, nachgetemperten DGEBA-Proben wurden TG (max. tanδ) Werte von 164-195°C erreicht und KIC-Werte von 0,6-0,76 MPam1/2. Tendenziell zeigten Epoxidharzsysteme mit einer vergleichsweise hohen Glasübergangstemperatur geringere Bruchzähigkeiten. Für das homopolymersierte Harzsystem DGEBA/EMIM Ac wurde im Vergleich zu den aminisch gehärteten Systemen eine wesentlich geringere Bruchzähigkeit bei vergleichsweise niedrigen Glasübergangstemperaturen festgestellt (TG (max. tanδ) = 159°C; KIC = 0,44 MPam1/2). Dann wurde untersucht, welchen Effekt Phosphite (Diethylphosphit (DEP) und 5,5-Dimethyl-1,3,2-dioxaphosphorinan-2-on (DDPO)), die als Nachvernetzer im DGEBA-basiertem Epoxidharzsystem wirken können, auf die Glasübergangstemperatur und die Bruchzähigkeit ausüben. Der größte Einfluss auf die Glasübergangstemperatur wurde für Harzsysteme festgestellt, deren TG ohne Modifier vergleichsweise gering war. Dies ist beim Harzsystem DGEBA/IPDA der Fall, dessen TG (max. tanδ) von 163°C bei Verwendung von DEP (1 w% P) auf 192°C gesteigert werden konnte. Der Einsatz dieser Phosphite bewirkte nicht nur eine Erhöhung der TG, sondern auch eine Erniedrigung der Bruchzähigkeit. Auf diese Weise wurden mit relativ hohen Konzentrationen an Nachvernetzern (1 w% P) zwar hohe Glasübergangtemperaturen erreicht, jedoch erwiesen sich geringe Phosphit-Konzentrationen als die bessere Wahl, da Mengen von 0,1-0,25 w% P (entsprechend 0,44-1,1 w% DEP bzw. 0,48-1,2 w% DDPO) nicht nur die Glasübergangstemperatur, sondern auch die Bruchzähigkeit verbessern. Mit dem Harzsystem DGEBA/DC/DEP (0,5w%P) wurden die Zielvorgaben erreicht (TG (max. tanδ) = 193°C, und KIC = 0,76 MPam1/2). Mit dem Harzsystem DGEBA/DMDC/DEP (0,1 w% P) wurden folgende Parameter erzielt: TG (max. tanδ) = 187°C, und KIC = 0,72 MPam1/2 und somit die Zielparameter beinahe erreicht. Das Harzsystem DGEBA/1,2-DACH erfühlte ohne eine Modifizierung knapp die Vorgaben (TG (max. tanδ) = 187°C, und KIC = 0,70 MPam1/2). Auch das Phosphoramidat DEP(Pip)DEP wurde hinsichtlich seiner nachvernetzenden Eigenschaften untersucht, doch erwies es sich im Vergleich zu DEP und DDPO als weniger effizienter Nachvernetzer. Die Erhöhung der TG beruht auf einer Nachvernetzung durch die Umesterung des Phosphits mit den gebildeten OH-Gruppen der Epoxidmatrix, wobei der entsprechende Alkohol jeweils abgespalten wird. Der Mechanismus der Umesterung wurde mit Hilfe speziell für diesen Zweck synthetisierter Modellsubstanzen untersucht. Mittels NMR- und IR-Spektroskopie wurde gezeigt, dass der erste Schritt der Umesterung bereits bei 80°C stattfindet, der zweite Schritt benötigt eine wesentlich höhere Temperatur bzw. eine längere Reaktionsdauer. Bei Versuchen mit Dimethylphosphit wurde das Freiwerden von Methanol nachgewiesen. Um die Bruchzähigkeit der DGEBA-Harze zu verbessern wurde die zähmodifizierende Wirkung unterschiedlicher, kommerziell verfügbarer Modifier in einem durch Polyaddition härtenden Harzsystem (DGEBA/IPDA) sowie im durch Homopolymerisation härtenden Harzsystem DGEBA/EMIM Ac untersucht. In beiden Harzsystemen wurden folgende Zähmodifier getestet: Nanopox® (Nanosilika-Partikel), Nanostrength® (Blockcopolymere), Nanostrength®+Nanopox®, Albidur® (Kern-Schale-Partikel), Albidur® und Nanopox®, PolyTHF® 650, PolyTHF® 1000, PolyTHF® 2000, (PolyTHF® mit unterschiedlichen Molmassen), Boltorn™ P501, Boltorn™ P1000, Boltorn™ U3000 (dendrische Polymere mit unterschiedlichen Hydroxylzahlen), Genioperl® (funktionelles Silikonpolymer), Virantage® (PESU), Albipox® 1000 (unreaktiver Kautschuk). Zudem wurde ein weiterer Zähmodifier (TEA-Oligomer) synthetisiert und in den Harzen getestet. Die Zähmodifier zeigten teilweise unterschiedliche Wirkungen in beiden Harzsystemen. Als Trend war zu erkennen, dass ein hoher Effekt auf die Bruchzähigkeit mit einer Erniedrigung der Glasübergangstemperatur einherging. Jedoch wurden auch Harzsysteme mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und relativ hohen Glasübergangstemperaturen erhalten. Von allen mit den kommerziellen Modifiern modifizierten Harzsystemen lieferte DGEBA/IPDA/Nanopox (5 w%)/Nanostrength(5 w%) die besten Ergebnisse bezüglich der thermischen und mechanischen Eigenschaften (TG (max. tanδ) = 157°C und KIC = 1,15 MPam1/2). Mit Kombinationen aus TG- und Zähmodifiern gelang es eine Verbesserung sowohl der thermischen als auch der mechanischen Eigenschaften der untersuchten Harzsysteme zu erreichen. Ein auf diese Weise verbessertes System ist DGEBA/IPDA/PolyTHF®2000(10 w%)/DEP(0,6 w%) mit folgenden Eigenschaften: (TG (max. tanδ) = 180°C und KIC = 0,86 MPam1/2). Des Weiteren wurden TG- und Zähmodifier chemisch verknüpft und somit eine Anbindung von Zähmodifiern an die Epoxidmatrix geschaffen. Die auf diese Weise erhaltenen Modifier verbesserten zwar die Eigenschaften des Reinharzes, konnten aber mit Harzsystemen, bei denen TG- und Zähmodifier als Einzelkomponenten zugegeben wurden, nicht konkurrieren. Somit gelang es DGEBA-basierte Reinharzsysteme zu erhalten, die sowohl hohe Bruchzähigkeiten als auch hohe Glasübergangstemperaturen TG (max. tanδ) besitzen. Dies wurde durch die Einarbeitung von TG- und Zähmodifiern und die Anwendung eines Nachtemperungsschrittes beim Härtungs¬vorgang erreicht. Die Ergebnisse dieses Untersuchungskomplexes zeigten, dass sich die Bruchzähigkeit der untersuchten Harzsysteme in stärkerem Ausmaß beeinflussen lassen als die Glasübergangs-temperaturen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Furanharz-Preformulierungen, die ebenfalls für Anwendungen in der Automobilindustrie geeignet sein sollten, entwickelt, ihr Härtungsverhalten untersucht und ihre Eignung als Matrix für Naturfaserverbundwerkstoffe getestet. Das Ziel bestand darin ein Furanharzsystem (Prepolymer) zu entwickeln, dessen Gehalt an freiem FA und Formaldehyd 1 % bzw. 0,05 % nicht übersteigt, das kein Phenol enthält und bei 150-200°C ausgehärtet werden kann. Zudem sollte die Viskosität 100 Pa*s aus Gründen der Verarbeitbarkeit nicht übersteigen. Um ein oligomeres Furanharz (Prepolymer) mit den genannten Eigenschaften zu erhalten, wurde Furfurylalkohol (FA) zunächst in Gegenwart des Katalysators Maleinsäureanhydrid (MA) einer Polykondensationsreaktion unterzogen. Dabei wurden unterschiedliche Reaktionsbedingungen angewendet, insbesondere wurde der Einfluss der Reaktionsparameter auf die Viskosität und den Restmonomer-Gehalt untersucht. Mit dem Katalysator MA ließ sich jedoch kein Prepolymer mit den geforderten Eigenschaften erzeugen, da bei noch vorhandenem Restmonomer die Molmasse stark anstieg, was zu einer viel zu hohen Viskosität führte. Dieses Problem ließ sich nicht durch Neutralisation des sauren Katalysators mit anschließendem Abdestillieren des Restmonomers (FA) beheben. Wesentlich erfolgreicher verliefen die Polykondensationsversuche bei Verwendung des Katalysators Itaconsäureanhydrid (IA). Es wurde gezeigt, dass es sich bei IA um einen im Vergleich zu MA viel weniger aktiven Katalysator handelt, der es ermöglicht das Restmonomer durch Destillation unter vermindertem Druck zu entfernen, ohne dass ein starkes Fortschreiten der Polymerisation mit Erhöhung der Viskosität auftritt. Auf diese Weise wurde ein Oligomer-Gemisch mit einem geringen Restmonomer-Gehalt (0,96 w%) und einer geringen Viskosität (80 Pa*s) erhalten. Dies war mit MA nicht möglich. Die somit erhaltenen Prepolymere wurden mit unterschiedlichen analytischen Methoden untersucht, welche bestätigten, dass alle Grenzwerte von toxischen Substanzen wie FA und Formaldehyd eingehalten wurden. Das Härtungsverhalten derartiger mittels IA-katalysierter Polykondensation und destillativer Restmonomer-Abtrennung erzeugter Prepolymere wurde bei Verwendung unterschiedlicher Katalysatoren untersucht. Die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Materialien wurden mittels Zugdehnungsversuchs bestimmt und mit denen aus dem Marktprodukt BioRezTM 080101 und BioRezTM 120816 in gleicher Weise hergestellter Proben verglichen. Es wurden nahezu die mechanischen Kenndaten der BioRezTM-Proben erreicht (Bruchspannung von 32-35 MPa und Bruchdehnung von 3%). Zudem wurde das Prepolymer mit den Zähmodifiern PolyTHF® (mit unterschiedlichen Molekularmassen), Boltorn™ mit unterschiedlichen Hydroxylzahlen, PEG 2000, PPG 2000, PE/PEG-Blockcopolymer und Nanostrength® versetzt und getestet, um die mechanischen Eigenschaften des gehärteten Harzes zu optimieren. Die Modifier Boltorn™ U3000, PE/PEG-Blockcopolymer und PolyTHF®2000 haben im Reinharz eine Verbesserung der Eigenschaften hervorgerufen. Dabei wurde mit dem Zähmodifier Boltorn™ U3000 die höchste Verbesserung der Bruchdehnung (6%) und der Bruchspannung (50MPa) erreicht, was auf eine Phasenseparation zurückzuführen ist. Außer gehärteten Reinharzproben wurden auch flachsfaserverstärkte Verbundmaterialien aus den mittels Polykondensation synthetisierten Furanharz-Prepolymeren sowie in gleicher Weise aus dem Marktprodukt BioRezTM hergestellt, und ihre mechanischen Parameter wurden mittels Dreipunktbiegeversuchen ermittelt. Auch hier erzielten aus dem Prepolymer hergestellte Materialien nahezu die gleichen Ergebnisse (Biegemodul Ef = 34 GPa, Biegespannung σfm = 353 MPa) wie mit dem Marktprodukt BioRezTM 120816 (Biegemodul Ef = 37 GPa, Biegespannung σfm = 391 MPa) erzeugte Proben. Des Weiteren wurde die Wirkung von Zähmodifiern in den flachsfaserverstärkten Verbundmaterialien untersucht. Überraschenderweise konnte der bei den Reinharzen erzielte positive Effekt nicht bestätigt werden. REM-Untersuchungen zeigten, dass die bei den Reinharzen beobachtete Phasenseparation in diesem Fall nicht auftritt. Es gelang im Rahmen dieser Arbeit ein neues Furanharzsystem zu entwickeln, dass die vorgebenden Zielgrößen hinsichtlich des maximalen Restmonomer- und Formaldehydgehaltes, der Viskosität sowie der mechanischen Eigenschaften der gehärteten Materialien erfüllt, auf nachwachsenden Rohstoffen basiert und somit wesentliche Eigenschaften für eine kommerzielle Anwendung besitzt."^^ . "2017" . . . . . . . "Katja"^^ . "Utaloff"^^ . "Katja Utaloff"^^ . . . . . . "Neue Harzsysteme für Faserverbundwerkstoffe (PDF)"^^ . . . "Katja Utaloff Dissertation.pdf"^^ . . . "Neue Harzsysteme für Faserverbundwerkstoffe (Other)"^^ . . . . . . "indexcodes.txt"^^ . . . "Neue Harzsysteme für Faserverbundwerkstoffe (Other)"^^ . . . . . . "lightbox.jpg"^^ . . . "Neue Harzsysteme für Faserverbundwerkstoffe (Other)"^^ . . . . . . "preview.jpg"^^ . . . "Neue Harzsysteme für Faserverbundwerkstoffe (Other)"^^ . . . . . . "medium.jpg"^^ . . . "Neue Harzsysteme für Faserverbundwerkstoffe (Other)"^^ . . . . . . 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