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Main Title: Einfluss der Verfahrenstechnik eines Planetwalzenextruders auf die elektrische Leitfähigkeit rußgefüllter Polyolefine
Author(s): Taufertshöfer, Thomas
Referee(s): Wagner, Manfred
Weinlein, Roger
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Um Kunststoffe gezielt elektrisch leitfähig auszurüsten, werden beim Compoundieren Füllstoffe in die Polymermatrix gemischt. Nimmt man die schwarze Farbe in Kauf, dann ist Ruß das Mittel der Wahl, weil es am besten zu verarbeiten und am wirtschaftlichsten ist. Der Mischvorgang stellt die größte Herausforderung an den Compoundeur dar. Für ein gutes Compound soll der Ruß unter Beibehaltung seiner – scherempfindlichen – Struktur homogen in der Polymermatrix verteilt werden. Wenn es gelingt, die Struktur des Rußes zu erhalten, kann ein durchgehendes, elektrisch leitfähiges Netzwerk des Rußes mit geringerem Füllstoffanteil erreicht werden. Diese Arbeit untersucht den Einfluss der Verfahrenstechnik eines Planetwalzenextruders (PWE) auf die elektrische Leitfähigkeit von rußgefüllten Polyolefinen. Dazu werden Compounds auf Basis teilkristalliner Kunststoffe unter verschiedenen Verarbeitungsbedingungen und mit unterschiedlichen Rußgehalten hergestellt. Ermittelt wird die elektrische Leitfähigkeit an spritzgegossenen und gepressten Probekörpern. Außer den elektrischen werden morphologische und mechanische Eigenschaften untersucht. Beim Verfahren des Spritzgießens führt die Dosierung direkt in die Schmelze zur höchsten elektrischen Leitfähigkeit, beim Verfahren des Plattenpressens zur geringsten. Eine weitere Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass die elektrische Leitfähigkeit weniger von der Verfahrenstechnik des Planetwalzenextruders beeinflusst wird als von der Rußsorte, dem Rußgehalt und dem Verarbeitungsverfahren. Bei der Betrachtung der mechanischen Eigenschaften der Probekörper wird erwartungsgemäß festgestellt, dass die Kerbschlagzähigkeit und die Dehnungswerte mit zunehmendem Rußgehalt abnehmen, die für die Festigkeit relevanten Kennwerte wie Zugmodul und Bruchspannung jedoch verbessert werden.
To convert electrically isolating polymers into conductive materials, conductive fillers are mixed into the polymer matrix by melt compounding. Carbon black is the filler of choice due to easy handling and low costs, provided that the resulting black colour of the compound is acceptable. The biggest challenge for the compounding process is setting the optimal conditions. In order to obtain a conductive compound, the carbon black must be distributed homogeneously in the polymer matrix without losing its shear-sensitive structure during this process, so that a continuous, electrically conductive network of carbon black is achieved at a low percolation threshold. This work examines the influence of the process technology of planetary roller extruders (PWE) on the electrical conductivity of carbon black-filled polyolefins. Compounds are manufactured on the basis of polyethylene and polypropylene under different process conditions and with different contents of carbon black. The electrical conductivity of both injection molded and pressed specimens is measured. In addition to the electrical properties, the morphological and mechanical properties are also investigated. In the case of injection molded samples, feeding the carbon black directly into the melt zone of the PWE leads to the highest electrical conductivity, while for samples produced by pressing the lowest electrical conductivity is obtained. Another finding of this work is that the electrical conductivity of carbon black-filled polyolefins is less affected by the process technology of the planetary roller extruder than by the type of carbon black, the carbon black content, and the processing method. When considering the mechanical properties of the specimen it is found that as expected, impact strength and elongation at break decrease with increasing carbon black content, while tensile modulus and fracture stress are improved.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-49700
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4307
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4010
Exam Date: 10-Dec-2013
Issue Date: 9-Aug-2014
Date Available: 9-Aug-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Planetwalzenextruder
Polypropylen
Ruß
Carbon black
Planetary roller extruder
Polyolefines
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Series: Schriftenreihe Kunststoff-Forschung
Series Number: 78
ISBN: 978-3-7983-2690-3
ISSN: 2197-814X
Notes: Parallel gedruckt erschienen im Universitätsverlag der TU Berlin unter der ISBN 978-3-7983-2689-7, ISSN 0174-4003.
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