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Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Experimentelle Charakterisierung des Sorptions- und Quellverhaltens von Polyamid 6 unter mechanischer Last

Donnerstag (19.09.2019)
10:00 - 10:30 Uhr Festsaal

Der teilkristalline Thermoplast Polyamid 6 (PA 6) wird in einer Vielzahl von anspruchsvollen technischen Anwendungen eingesetzt, insbesondere jedoch bei erhöhten thermischen sowie mechanischen Belastungen und im direkten Kontakt mit unterschiedlichen Medien. In der Anwendung erfährt PA 6 dabei eine stetige Veränderung der umgebenden Luftfeuchtigkeit, welche absorbiert bzw. bei geringerer Luftfeuchtigkeit auch wieder abgeben wird. Aufgrund der hygroskopischen Eigenschaften des Materials wird die Diffusion des Wasser durch verschiedene Parameter wie beispielsweise Zeit, Temperatur, Last und Diffusionsweg stark beeinflusst. Zudem ändern sich die mechanischen Kennwerte des Materials wie die Steifigkeit und die Zähigkeit durch die Wasseraufnahme. Es wird darüber hinaus auch ein Quellen des Materials hervorgerufen, was die Maßhaltigkeit der Bauteile im technischen Einsatz stark beeinflusst.

Bei der Einlagerung von PA 6 in feuchter Umgebungsluft werden in einem reversiblen Prozess die polaren Wassermoleküle von den polaren Amidgruppen der Molekülkette angezogen und mittels van-der-Waals-Wechselwirkungen in den amorphen Bereichen des Materials eingelagert. Durch Diffusionsprozesse wird so lange Wasser in das Material eingelagert bis sich ein Gleichgewicht mit der Umgebungfeuchte einstellt. Durch die Wassermoleküle werden die Kettenabstände zwischen den Makromolekülen und somit das freie Volumen auf Mikroskala vergrößert, was makroskopisch gesehen zu einem Quellen des Materials führt. Außerdem wird durch das eingelagerte Wasser ein Abgleiten der Ketten aneinander begünstigt, was als wasserinduzierter Plastifizierungeffekt beschrieben wird.

Ziel dieser Arbeit ist die experimentelle Bestimmung des Sorptionsverhaltens von PA 6 und dessen Einfluss auf das in der Mikroskala auftretende wasserinduzierte Quellen sowie die daraus resultierende mechanische Plastifizierung des Materials. Diese Untersuchungen werden zur Auslegung von Konstruktionsrichtlinien sowie für die Erstellung eines gekoppelten feuchteabhängigen Materialmodells benötigt. Die Charakterisierung der sorptionsbedingten Quellung erfolgt vorerst unter Verwendung einer simplen Probengeometrie mit verschiedenen, jedoch konstanten Wandstärken. Anschließend werden die erlangten Erkenntnisse auf ein komplexes Bauteil mit verschiedenen Wandstärken übertragen. Abschließend findet eine Charakterisierung des Sorptionsverhaltens unter mechanischer Last in Relaxationsversuchen statt.

Sprecher/Referent:
Anna Katharina Sambale
Technische Universität Dortmund
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Markus Stommel
    TU Dortmund