a) 20 kV SEM micrograph of the BNPs in epoxy b) Stiffness map of BNP/epoxy (15 wt%) and c) neat epoxy (0 wt%) d) Comparison of shear modulus and tan δ of BNP/epoxy (15 wt%) with neat epoxy(0 wt%)
Quelle: BAM
Wichtige Komponenten von Leichtbaustrukturen für Luft- und Raumfahrt sowie für Automobilanwendungen bestehen aus faserverstärkten Duroplasten. Zur Verbesserung ihrer mechanischen Eigenschaften wie Elastizitätsmodul, Dimensionsstabilität, Bruchzähigkeit und Rissbeständigkeit ist die Zugabe von anorganischen Nanopartikeln zu z.B. Epoxiden sehr empfehlenswert. Hier sind Boehmite-Nanopartikel (BNPs) in jüngster Zeit auf großes Interesse gestoßen, nachdem sie erfolgreich in mehrere thermoplastische und duroplastische Polymere integriert wurden. In den klassischen Verbundtheorien wird davon ausgegangen, dass die Verbundkomponenten unabhängig voneinander wirken, d.h. die kontinuierliche Komponente (Matrix) und die dispergierte Komponente (Nanopartikel) haben die unveränderten Eigenschaften wie die reinen Komponenten. Jedoch bei starken Wechselwirkungen zwischen Matrix und Nanopartikeln werden die Eigenschaften der einzelnen Komponenten durch die Anwesenheit der anderen stark beeinflusst. Die Eigenschaftsänderungen an einer Polymermatrix in Gegenwart einer anorganischen Komponente sollten einen starken Einfluss auf die Gesamtleistung des Verbundwerkstoffs haben. In diesem Beitrag untersuchen wir, wie das Vorhandensein von BNPs zu Veränderungen in den Eigenschaften der Epoxidmatrix führt. Durch den Einsatz fortschrittlicher Techniken der Rasterkraftmikroskopie wie Intermodulation AFM wurde eine drastische Erhöhung der lokalen Steifigkeit der reinen Epoxidharzkomponente in Gegenwart hoher Konzentrationen von BNPs (15 Gew.-%) nachgewiesen. Die Analyse der dynamischen thermomechanischen Eigenschaften zeigt, dass BNPs Veränderungen in der Netzwerkarchitektur der Epoxidmatrix bewirken, indem sie die Vernetzungsdichte reduzieren. Diese Veränderungen der strukturellen Eigenschaften von Epoxid in Gegenwart von BNPs zeigt die Rolle der Grenzflächenwechselwirkungen zwischen Epoxid und BNPs, die Gegenstand weiterer Studien ist.
The effect of boehmite nanoparticles (gamma‐AlOOH) on nanomechanical and thermomechanical properties correlated to crosslinking density of epoxy
Media Ghasem Zadeh Khorasani, Dorothee Silbernagl, Paulina Szymoniak, Vasile-Dan Hodoroaba, Heinz Sturm
erschienen in Polymer 2019, Volume 164, Pages 174-182
BAM, Fachbereich Nano-Tribologie und Nanostrukturierung von Oberflächen und Fachbereich Oberflächenanalytik und Grenzflächenchemie