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Die Entwicklung vernetzbarer Polyolefinblends und deren Verarbeitung zu schmelzgesponnenen Elastomerfasern
(2003) Lü, Runsheng; Fritz, Hans-Gerhard (Prof. Dr.-Ing.)
In der vorliegenden Arbeit wird ein neues Verfahren zur Generierung innovativer Polymer-legierungen vorgestellt, die aus silanvernetzbaren Ethylen/Octen-Copolymeren als kontinuierliche Matrix, und einem Polyester oder Polyesterelastomer sowie dem nanoskaligen Füllstoff pyrogene Kieselsäure (Aerosil) als sekundäre Komponente bestehen. Diese neu entwickelten Materialien werden zur Herstellung innovativer elastischer Fasern und Fäden eingesetzt. Durch die Silanvernetzung entsteht ein dreidimensionales Netzwerk in der Polymermatrix, wobei unter Zugabe eines Haftvermittlers die disperse und die kontinuierliche Phase kovalent miteinander verknüpft werden. Daraus resultiert eine bemerkenswerte Verbesserung der Eigenschaften der Elastomere bzw. der daraus hergestellten Elastomerfasern. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Silanfunktionalisierungsverfahren zur Pfropfung von Organosilanen auf die Molekülketten des EO-Copolymers. In Bezug auf die rheologischen Eigenschaften und die damit verbundene Schmelzspinnbarkeit der gepfropften EO-Copolymere sowie hinsichtlich der Elastizität, Wärmeformbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften der vernetzten EO-Copolymeren werden die Pfropfungs- und Vernetzungsrezeptur entwickelt und optimiert. Die Optimierung der Pfropfungsrezeptur führt gleichzeitig zu hinreichenden Gelgehalten und Vernetzungsdichten, die sich vorteilhaft auf die Wärmeformbeständigkeit und den irreversiblen Dehndeformationsanteil auswirken, weil die generierten Polymerkettenradikale primär mit dem Organosilan und kaum mit sich selbst reagieren. Unter Zugrundelegung des zum Schmelzspinnen geeigneten, silangepfropften Stoffsystems wird die Generierung der neuartigen Blends unter Einbeziehung sekundärer Blendkomponenten im Rahmen eines Einstufenprozesses durchgeführt. Als Aufbereitungsaggregat kommt ein gleichsinnig drehender, dichtkämmender Zweischneckenextruder zum Einsatz. Um die Wechselwirkung zwischen dem silanvernetzbaren EO-Copolymer und der sekundären Komponente zu verbessern, wird dem Blendsystem im Rahmen des Compoundierschritts ein Haftvermittler zuaddiert. Die generierten Polymerlegierungen werden bezüglich ihrer mechanischen, rheologischen und thermischen Eigenschaften sowie hinsichtlich der generierten Morphologie umfassend charakterisiert. Im Vergleich zu reinen EO-Copolymeren weisen die modifizierten Polymerlegierungen als wesentliche Vorteile höhere Einsatztemperaturen, verbesserte mechanische Eigenschaften, eine geringere Ölquellung sowie reduzierte Schrumpfwerte auf. Im weiteren werden die Strömungsvorgänge der Polymerschmelze in den Spinndüsenbohrungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode beschrieben. Auf der Grundlage numerischer Simulationsergebnisse wird die Spinndüsengeometrie hinsichtlich fahrbarem Masse-durchsatz und der erzeugten Filamentqualität optimiert.