Durch thermische Behandlung kann in Epoxidharz, dem Acrylsäureethylester-Partikel zugegeben wurden, nach einer Schädigung ein Selbstheilungsmechanismus ausgelöst werden. Die an der Grenzfläche von Partikeln und Epoxidmatrix entstehenden Gasblasen (dunkel) helfen durch Druckaufbau während der Wärmebehandlung zusätzlich beim Schließen der Risse.
Quelle: BAM
Epoxidharze sind hochleistungsfähige duroplastische Polymere und werden daher häufig als Matrix für faserverstärkte Verbundwerkstoffe verwendet. Epoxidharze gehören zu den am häufigsten verwendeten Duroplasten aufgrund ihrer überlegenen physikalisch-mechanischen Eigenschaften: Sie sind mechanisch stark belastbar, sehr resistent gegen Chemikalien, schrumpfen kaum, wenn sie aushärten und können bei sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie auch häufig in strukturellen Anwendungen als Polymermatrix für faserverstärkte Verbundwerkstoffe verwendet. Zu ihren größten Nachteilen gehören Brüchigkeit, hohe Brennbarkeit und langsame Verarbeitung. In jüngster Zeit wurde erforscht, wie fortschrittliche Epoxidharzmatrizen hergestellt werden und die Beschränkungen bei der Verarbeitung sowie im Hinblick auf Brennbarkeit und Brüchigkeit überwunden werden können. Die Modifizierung von Epoxidharz zur Herstellung eines selbstheilenden Materials wurde in den letzten Jahrzehnten ebenfalls untersucht. Selbstheilende Verbundwerkstoffe wurden untersucht, um die mit konventionellen Wartungs- und Reparaturmethoden verbundenen Hindernisse zu überwinden.
Diese Werkstoffe wurden entwickelt, um Mikrorisse in der Verbundwerkstoffstruktur mit oder ohne Eingriff von außen zu heilen, was die Lebensdauer und Sicherheit der Bauteile verlängert und die Wartungszeit und -kosten verringert. Die Zugabe von Thermoplasten zu Duroplasten, um flickbare Polymere herzustellen, scheint eine vielversprechende selbstheilende Technik zu sein. In dieser Studie wurde Poly(ethylen-co-methacrylsäure) (EMAA) Epoxidharz zugesetzt, um die Auswirkungen des EMAA-Zusatzes auf die Epoxid-Eigenschaften zu untersuchen. Es wurden Probekörper mit zwei verschiedenen Gehalten an Thermoplast und Partikelgrößen hergestellt. Ein zweistufiger vollfaktorieller Versuchsplan wurde verwendet, um die Auswirkungen der Partikelgröße und des Partikelgehalts auf die Eigenschaften des mit EMAA modifizierten Epoxidharzes zu bewerten. Es hat sich gezeigt, dass eine niedrigere EMAA-Konzentration mit kleineren Partikelgrößen die optimale Bedingung sein könnte, unter der eine grundlegende Zugfestigkeit des Epoxidharzes und eine homogene Partikelverteilung hergestellt werden können. Bei der Auswahl der Partikelkonzentration und der Partikelgröße des Reparaturmittels muss ein Kompromiss zwischen der Heilungseffizienz und der Verringerung der mechanischen Eigenschaften gefunden werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse dieser Arbeit für die Modifizierung von Epoxidharz und Epoxidharzmatrizen für faserverstärkte Verbundwerkstoffe mit EMAA-Zusatz verwendet werden können, wobei die Auswahl der Partikelgröße und -konzentration als die untersuchten Parameter für die Selbstheilung gelten.
Effects of particle size and particle concentration of poly (ethylene-co-methacrylic acid) on properties of epoxy resin
Allana Nascimento, Volker Trappe, Lina Pavasaryte, José Melo, Ana Paula Cysne Barbosa
Journal of Applied Polymer Science, Volume141, Issue29, August 5, 2024