Modifizierung organischer Konstruktionswerkstoffe für technische Anwendungen

Autor: R. Strubl, B. Riedel, W. Müller, R.‐P. Gottlöber, K. Heinemann, E. Taeger, H.‐E. Seyfarth, E. Meusel
Rok vydání: 2003
Předmět:
Zdroj: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 34:276-284
ISSN: 1521-4052
0933-5137
DOI: 10.1002/mawe.200390059
Popis: Berichtet wird uber Experimente zur Synthese neuartiger reaktiver, thermotroper flussig-kristalliner Polymere (LCPs) sowie uber Untersuchungen zum Einsatz dieser LCPs als Blendkomponente bei der Herstellung derart modifizierter Polyamid- und Polyesterfasern und deren Eigenschaften. Diese reaktiven LCPs sind synthetisch leicht zugangliche Polyesterimidanhydride (PEIA), die sowohl seitenstandige als auch endstandige Anhydridgruppen besitzen. Die mittlere Zahl an Anhydridgruppen ist zwischen 4 und 18 variierbar. Es konten Produkte mit Molmassen von etwa 30 kg/mol bis hin zu 80 kg/mol erhalten werden. Beim Mischen der Reaktiv-LCPs mit Polyamid 6 [PA 6] oder Polyethylenterephthalat [PET] in einem Extruder unter Schmelzebedingungen reagieren beide Komponenten innerhalb weniger Minuten zu Pfropf-Blockcopolymeren, an deren LCP-Ruckgratketten sich seiten- und endstandige Polyamid- beziehungsweise Polyesterblocke befinden. Diese schnell verlaufenden Modifizierungsreaktionen bilden die Basis fur die industrielle Nutzanwendung in Form eines kontinuierlilch gestaltbaren “reactive blending-spinning-drawing”-Prozesses. Die auf diesem Wege im Sinne eines “reactive blending” synthetisierten Pfropf-Blockcopolymeren sind zusammen mit dem jeweils adaquaten Matrixmaterial Polyamid 6 oder Polyester zu reckbaren Filamenten verarbeitbar. Nach Spinn- und Reckprozeduren unter geeigneten Bedingungen lassen sich in den erhaltenen Filamenten mit Molekulen des Basispolymers modifizierte lc-PEIA-Fibrillen mit Durchmessern von weniger als 500 nm nachweisen. Die angestrebte Mikrophasenverteilung der PA- beziehungsweise PET-modifizierten lc-PEIA-Makromolekule als verstarkungswirksame Systemkomponenten konnte erreicht werden. Zudem zeichnen sich die durch das “reactive blending” in-situ entstehenden Pfropf-Blockcopolymere auf Grund ihrer chemischen Ahnlichkeit zur Primarstruktur der jeweiligen Matrixmaterialien durch eine hohe thermodynamische Vertraglichkeit aus, woraus ein relativ hoher Verstarkungseffekt resultiert. Diese beiden Aspekte sowie die bei den Reckprozessen stattfindende Orientierung der lc-PEIA-Mikrophasen verursachen, obwohl Optimierungsversuche noch ausstehen, bemerkenswerte Steigerungen der Zugfestigkeiten sowie deutlich verbesserte Anfangsmoduli bei gleichzeitig erhohter Reckfahigkeit der lc-PEIA-modifizierten Polyamid- und Polyesterfilamente. Diese Effekte lassen sich bereits mit PEIA-Anteilen von weniger als 5 Masseprozent erreichen. Modification of Organic Engineering Materials for Technological Applications It is reported about experiments for synthesis of novel reactive, thermotropic, liquid-crystalline polymers (LCPs) as well as about investigations concerning the use of these LCPs as a blend component for the production of modified polyamide and polyester fibres and their properties. These reactive LCPs are synthetically easy accessible polyesterimidanhydrides (PEIA) bearing lateral as well as terminal anhydride groups. The average number of anhydride groups is variable between 4 and 18. Molecular weights of 30 kg/mol up to 80 kg/mol could be obtained. During mixing of the reactive LC-PEIAs with polyamide 6 [PA 6] or poly(ethylene terephthalate) [PET] in an extruder under melting conditions both components evidently react within some few minutes to form graft-block-copolymers containing on their backbone chains lateral and terminal polyamide respectively polyester blocks. These quickly occurring modification reactions are the base for the industrial application in form of a continuously arrangeable “reactive blending-spinning-drawing”-process. Graft-block-copolymers synthesised by this way in the sense of “reactive blending” can be processed together with the corresponding adequate matrix material polyamide 6 or polyester into drawable filaments. After spinning and drawing under suitable conditions lc-PEIA-fibrils modified by molecules of the basic polymer with diameters of less than 500 nm are detectable in the resulting filaments. The desired “microphase distribution” of the PA-modified respectively PET-modified lc-PEIA-macromolecules as the reinforcing system components could be achieved. Moreover these graft-block-copolymers built by “reactive blending” in-situ have a high thermodynamic compatibility because of their chemical similarity to the primary structure of the respective matrix materials resulting in a relatively high reinforcing effect. These both aspects as well as the proceeding orientation of the lc-PEIA-microphases by the filament drawing cause, though optimising processes are still remaining, a remarkable increase of the tensile strengths as well as clearly improved initial moduli at a simultaneously raised stretchability of the lc-PEIA-modified polyamide and polyester filaments. These effects could be achieved with PEIA-amounts of lower than 5 percentages by weight.
Databáze: OpenAIRE
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