In vielen Anwendungen müssen Thermoplaste eine verbesserte Schlagzähigkeit aufweisen. Die weit verbreiteten Additive, die so genannten Schlagzähigkeitsmodifikatoren, werden speziell zur Verbesserung der Schlagzähigkeit eines Materials hergestellt. In diesem Artikel wird ein gründlicher Vergleich von Schlagzähigkeitsmodifikatoren für Thermoplaste mit alternativen Ansätzen zur Erhöhung der Schlagzähigkeit vorgestellt. Hersteller können die beste Strategie für ihre speziellen Anwendungen wählen, indem sie alternative Verfahren wie Verstärken, Mischen und Vernetzen untersuchen. Dies wird ihnen helfen, die Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren zu verstehen.
Modifikatoren der Schlagzähigkeit
Nutzen und Mechanismen: Schlagzähigkeitsmodifikatoren erhöhen die Energieabsorption, die Bruchausbreitungsresistenz und die Duktilität von Thermoplasten und verbessern so ihre Zähigkeit und Schlagfestigkeit. Diese Modifikatoren verbessern die Schlagfestigkeit, indem sie als Energiespeicher dienen, die Ausbreitung von Rissen verhindern und die Fähigkeit des Materials verbessern, sich zu verformen, bevor es versagt.
Formen von Modifikatoren: Es gibt verschiedene Formen von Schlagzähigkeitsmodifikatoren, unter anderem als reaktive Modifikatoren, Zähigkeitsvermittler und Elastomere. Jede Sorte hat einen anderen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten und bietet besondere Vorteile.
Stärkung der
Faser-Verstärkung: Die Schlagzähigkeit von Thermoplasten kann durch den Einbau von Verstärkungsfasern, wie z. B. Kohlenstoff- oder Glasfasern, erheblich gesteigert werden. Indem sie die Aufprallenergie zerstreuen und absorbieren, dienen die Fasern als Verstärkungselemente, die die Gesamtfestigkeit und Zähigkeit des Materials erhöhen.
Partikel-Verstärkung: Thermoplastische Kunststoffe können durch die Zugabe von Füllstoffen oder Nanopartikeln wie Kieselerde oder Ton verstärkt und ihre Schlagfestigkeit erhöht werden. Die Schlagzähigkeit wird durch diese Partikel verbessert, da sie die Steifigkeit, Festigkeit und Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Rissausbreitung erhöhen.
Kombinieren
Polymer-Mischungen: Die Kombination verschiedener Polymere kann deren Schlagzähigkeit im Vergleich zur Verwendung von Einzelpolymeren erhöhen. Durch die Schaffung einer geeigneten Matrix ermöglicht der Mischungsprozess die Kombination verschiedener Materialqualitäten, was zu einer erhöhten Zähigkeit und Schlagfestigkeit führt.
Kern-Schale-Strukturen: Um einen Verbundwerkstoff mit erhöhter Schlagzähigkeit herzustellen, wird ein Kernmaterial von einem Schalenmaterial umschlossen. Im Allgemeinen verbessert das Schalenmaterial die Steifigkeit und Festigkeit, während das Kernmaterial Zähigkeit und Energieabsorption bietet.
Vernetzung
Chemische Quervernetzung: Die Schlagzähigkeit kann durch die Vernetzung von Thermoplasten durch chemische Reaktionen, z. B. mit Vernetzungsmitteln oder durch Bestrahlung, deutlich erhöht werden. Vernetzte Netzwerke stärken die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Rissausbreitung, verringern die Verformung und erhöhen die Steifigkeit.
Physikalische Quervernetzung: Die Schlagzähigkeit kann auch durch physikalische Vernetzungsmethoden wie hitzeinduzierte Kristallisation oder intermolekulare Wechselwirkungen erhöht werden. Diese Techniken fördern die Bildung von physikalischen Netzwerken im Material, was die Zähigkeit des Materials und seine Widerstandsfähigkeit gegen Stoßbelastungen verbessert.
Bewertung durch Vergleich
Schlagzähigkeit: Speziell zur Verbesserung der Schlagzähigkeit entwickelt, sind Schlagzähigkeitsmodifikatoren häufig recht erfolgreich bei der Erhöhung der Zähigkeit und Energieabsorption. Die Schlagzähigkeit kann auch durch andere Techniken wie Verstärken, Mischen und Vernetzen erhöht werden, deren Wirksamkeit jedoch von der jeweiligen Anwendung abhängt.
Materialeigenschaften: Schlagzähigkeitsmodifikatoren haben nur einen begrenzten Einfluss auf andere Materialeigenschaften wie Chemikalien- oder Hitzebeständigkeit. Je nach den gewählten Materialien und Verarbeitungsparametern können sich Verstärkung, Mischung und Vernetzungsverfahren unterschiedlich auf diese Eigenschaften auswirken.
Kosten und Verarbeitbarkeit: Schlagzähmodifikatoren sind oft kostengünstig und lassen sich gut verarbeiten, so dass sie einfach in thermoplastische Zusammensetzungen eingearbeitet werden können. Für andere Prozesse, wie Mischen, Vernetzen oder Verstärken mit Fasern oder Partikeln, können zusätzliche Verarbeitungsschritte oder spezielle Geräte erforderlich sein, was die Produktionskosten erhöhen kann.
Zeiger für Anwendungen
Gezielte Leistung: Je nach geforderter Schlagzähigkeit und den Besonderheiten der Anwendung können Schlagzähmodifikatoren oder alternative Techniken gewählt werden. Dabei werden die erforderliche Steifigkeit, Temperaturbeständigkeit, chemische Beständigkeit, Zähigkeit und Kosteneffizienz in Betracht gezogen.
Materialkompatibilität: Um die besten Ergebnisse zu erzielen, müssen die gewählte Technik und die thermoplastische Matrix kompatibel sein. Das Basispolymer und die Schlagzähigkeitsmodifikatoren sollten gut zusammenarbeiten, und die Verstärkungsfasern oder -partikel sollten gut an der Oberfläche der Matrix haften.
Schlagzähigkeitsmodifikatoren für Thermoplaste verbessern die Zähigkeit, die Energieabsorption und die Rissausbreitungsresistenz, indem sie gezielt und effizient die Schlagzähigkeit erhöhen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Schlagzähigkeit zu erhöhen, z. B. durch Mischen, Vernetzen und Verstärken. Welcher Ansatz am besten geeignet ist, hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung, den Eigenschaften des Materials, der Verarbeitbarkeit und den Kosten ab. Hersteller können die beste Strategie zur Maximierung der Schlagzähigkeit von Thermoplasten in einer Vielzahl von Anwendungen wählen, wenn sie die Vor- und Nachteile der einzelnen Techniken kennen.
