Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen von EPR-modifizierten Polypropylenwerkstoffen

Mit der vorliegenden Arbeit wird das Ziel verfolgt, Polypropylenwerkstoffe, die durch Blenden bzw. durch Copolymerisation elastomermodifiziert wurden, hinsichtlich ihres Zähigkeit sverhaltens mit Hilfe bruchmechanischer Konzepte umfassend zu beschreiben und anhand morphologischer Parameter geeignete Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen aufzustellen. Die Zähigkeitscharakterisierung erfolgt dabei mit Hilfe bruchmechanischer Methoden, die Charakterisierung der Morphologie und Deformationsprozesse vorzugsweise über Licht- und Elektronenmikroskopie sowie über thermische Analyseverfahren. Die experimentelle Grundlage zur Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte unter schlagartiger Beanspruchung bei variierenden Prüftemperaturen bildet der instrumentierte Kerbschlagbiegeversuch. Die Registrierung von Schlagkraft und Prüfkörperdurchbiegung ermöglicht die Trennung der im Bruchprozess dissipierten Energieanteile und die Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte als Widerstand gegenüber stabiler Risseinleitung und -ausbreitung sowie gegenüber instabiler Rissausbreitung. Das insbesondere bei höherenElastomeranteilen und/oder höheren Prüftemperaturen zu beobachtende elastisch-plastische Werkstoffverhalten erfordert zur bruchmechanischen Beschreibung der Zähigkeitseigenschaften die Anwendung der Konzepte der Fließbruchmechanik. Für die Werkstoffe, bei denen unter den gegebenen Prüfbedingungen keine Instabilität in Kraft-Durchbiegungs-Diagramm auftritt, erfolgt die Zähigkeitsbeschreibung mit Hilfe des Risswiderstandskonzeptes. Basierend auf der Tatsache, dass EPR-modifizierte Polypropylenwerkstoffe auch unter großen Deformationen in der Lage sind, Kräfte zu übertragen, wurde das Essential Work of Fracture (EWF)-Konzept zur Zähigkeitsbewertung mit erangezogen. Das EWF-Konzept hat sich als relativ wenig struktursensitiv erwiesen, so dass es zur Aufstellung von Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen weniger geeignet ist. Werden die bruchmechanischen Kennwerte in Abhängigkeit von der Temperatur aufgetragen, lässt sich jeweils eine vom Elastomeranteil abhängige kritische Temperatur bestimmen, bei der eine signifikante Erhöhung der Kennwerte auftritt. Bei dieser Temperatur findet der Übergang vom spröden zum zähen Werkstoffverhalten im Bereich instabiler Rissausbreitung bzw. der Übergang vom zähen zum hochschlagzähen Werkstoffverhalten im Bereich der stabilen Rissinitiierung statt. Die Bestimmung von Spröd-Zäh-Übergängen und von Zäh-Hochschlagzäh-Übergängen dient im Zusammenhang mit den morphologischen Parametern der Festlegung von anwendungsorientierten Einsatzgrenzen elastomermodifizierter Werkstoffsysteme. Mit Hilfe von in-situ-Observationen der Rissspitze lässt sich der Rissinitiierungspunkt für die EPR-modifizierten Polypropylenwerkstoffe oberhalb des linearen Bereiches und noch vor dem Kraftmaximum auf der Kraft-Durchbiegungs-Kurve lokalisieren. Die vorliegenden Ergebnisse tragen unter Berücksichtigung polymerspezifischer Auswertekriterien zur Aufklärung der Zusammenhänge zwischen den morphologischen Parametern und den bruchmechanischen Kenngrößen polymerer Mehrphasensysteme mit teilkristalliner Matrix bei. Die Ergebnisse zeigen, dass die bruchmechanische Werkstoffprüfung in Verbindung mit Methoden zur Morphologieanalyse und Methoden zur Bestimmung von Mikrodeformationsmechanismen einen wesentlichen Beitrag auf dem Gebiet der anwendungsorientierten Kunststoffentwicklung leisten kann.