Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen von EPR-modifizierten Polypropylenwerkstoffen

Abstract

Polypropylenwerkstoffe, die durch Blenden bzw. durch Copolymerisation elastomermodifiziert wurden, werden hinsichtlich ihres Zähigkeitsverhaltens mit Hilfe bruchmechanischer Konzepte umfassend beschrieben und anhand morphologischer Parameter werden geeignete Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen aufgestellt. Die Zähigkeitscharakterisierung erfolgt dabei mit Hilfe bruchmechanischer Methoden, die Charakterisierung der Morphologie und Deformationsprozesse vorzugsweise über Licht- und Elektronenmikroskopie sowie über thermische Analyseverfahren. Die experimentelle Grundlage zur Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte unter schlagartiger Beanspruchung bei variierenden Prüftemperaturen bildet der instrumentierte Kerbschlagbiegeversuch. Die Registrierung von Schlagkraft und Prüfkörperdurchbiegung ermöglicht die Trennung der im Bruchprozess dissipierten Energieanteile und die Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte als Widerstand gegenüber stabiler Risseinleitung und -ausbreitung sowie gegenüber instabiler Rissausbreitung. Die bruchmechanische Beschreibung der Zähigkeitseigenschaften erfolgt unter Anwendung der Konzepte der Fließbruchmechanik, des Risswiderstandskonzeptes und des EWF-Konzeptes. Mit Hilfe von in-situ-Observationen der Rissspitze lässt sich der Prozess der Rissinitiierung quantifizieren und auf der Kraft-Verformungs-Kurve lokalisieren. Die Bestimmung von Spröd-Zäh-Übergängen und von Zäh-Hochschlagzäh-Übergängen dient im Zusammenhang mit den morphologischen Parametern der Festlegung von anwendungsorientierten Einsatzgrenzen elastomermodifizierter Werkstoffsysteme. Die Ergebnisse zeigen, dass die bruchmechanische Werkstoffprüfung in Verbindung mit Methoden zur Morphologieanalyse und Methoden zur Bestimmung von Mikrodeformationsmechanismen einen wesentlichen Beitrag auf dem Gebiet der applikationsspezifischen Kunststoffentwicklung leisten kann.

The toughness behaviour of polypropylene materials is improved by incorporation of an elastomeric phase. The toughening takes place by blending in an extruder respectively by copolymerisation. The toughness is described by fracture mechanics concepts. The morphology and deformation processes are characterized by light and electron microscopy and by methods of thermal analysis. The instrumented Charpy impact test is the experimental basis to determine fracture mechanics values under impact loading conditions at varying temperatures. Both the load and the deflection are recorded and the impact energy is separated into an elastic and a plastic part. The resistance of the material against stable crack initiation and propagation and against unstable crack propagation can be quantified. The toughness behaviour was described by application of the concepts of elastic-plastic fracture mechanics, of crack resistance curves and of post yield fracture mechanics. In situ measurements were done to obtain information on the deformation processes at the crack tip. Under consideration of polymer-specific criteria of analysis, the results of this thesis contribute in to the clarification of correlation between morphological parameters and fracture mechanics values of polymeric multi phase systems with a semi crystalline matrix. The results show that fracture mechanics in connection with morphological analysis and methods for the determination of micro deformation mechanisms contributes essentially in the field of application-oriented development of polymeric materials.