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Open Access
Rheological characterization and modeling of thermally unstable poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV)
(2021) Lajewski, Silvia; Mauch, Annika; Geiger, Kalman; Bonten, Christian
Presently, almost every industry uses conventional plastics. Its production from petroleum and extensive plastic pollution cause environmental problems. More sustainable alternatives to plastics include bioplastics such as poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV), which is produced by bacteria and is biodegradable even in seawater. High temperature sensitivity as well as massive thermal degradation cause difficulties during the processing of PHBV. The aim of this work is to create a detailed rheological characterization and master curves to gain deeper knowledge about the material and its processing parameters. The rheological characterization was performed with frequency sweeps in the range of 0.1 rad/s to 628 rad/s and time sweeps over 300 s. Creating master curves at the reference temperature of 180 °C with the software IRIS delivers Carreau and Arrhenius parameters. These parameters allow for a calculation of the master curves for all other temperatures by means of the temperature shift factor. Moreover, the rheological measurements reveal a minimum rheological measurement temperature of 178 °C and a surprisingly high activation energy of 241.8 kJ/mol.
Open Access
Verformungsinduzierte Selbstorganisation steifer Makromoleküle in thermotropen flüssigkristallinen Polymerschmelzen
(2013) Geiger, Kalman; Fritz, Hans-Gerhard (Prof. Dr.-Ing.)
Thermotrope flüssigkristalline Polymere werden bei ihrer thermoplastischen Verarbeitung im Spritzguss oder in der Extrusion den makroskopischen Deformationen Scherung und/oder Dehnung unterworfen. Makroskopische Deformationen bewirken die Entwicklung der für die flüssigkristalline Ordnung der Schmelze spezifischen Orientierungszustände steifer Stäbchenmoleküle und damit eine vom Verarbeitungsprozess empfindlich abhängige Anisotropie des thermoplastisch urgeformten LCP-Formteils. Das bei der Verarbeitung von LCP-Schmelzen ungelöste Problem besteht darin, dass der Ablauf der Orientierungs-vorgänge mit den makroskopischen Deformationen nichtaffin erfolgt und dabei das Fließverhalten der LCP-Schmelze von dem jeweils aktuellen lokalen Orientierungszustand der steifen Stäbchenmoleküle determiniert wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine Verknüpfung zwischen den makroskopischen Deformationen in der Scher- und/oder Dehnströmung und der durch sie induzierten Orientierungszustände in der anisotropen LCP-Schmelze zu finden. Mit Hilfe geeignet ausgewählter, in dem verarbeitungsrelevanten Schergeschwindigkeits- und Schubspannungs-bereich arbeitenden Rheometersysteme wird das komplexe, von den scher- und dehninduzierten Orientierungszuständen der Stäbchenmoleküle abhängige Fließverhalten der LCP-Schmelzen untersucht. Die für die thermotropen Hauptketten-LCPs spezifischen Orientierungsvorgänge, Defekte und Texturen werden im Ruhezustand und unter Schereinfluss mittels polarisationsoptischer Durchlichtverfahren analysiert. Unter Zugrunde-legung der für LC-Polymere relevanten Frank’schen Elastizitätstheorie und unter Berücksichtigung der topologischen Eigenschaften von Defekten und Texturen werden einfache Modelle für die Beschreibung der scherinduzierten Ausbildung von Orientierungs-zuständen und Defekten hergeleitet und die bei der rheologischen Charakterisierung der LCP-Schmelze beobachteten Phänomene mit diesem Modell beschrieben.