ISBN 9783843924535

978-3-8439-2453-5, Reihe Materialwissenschaften

Robin Höher
Neuartige Formgedächtnispolymere durch Vernetzung von Hochpolymeren

171 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Zukunft der Materialwissenschaften liegt in der Forschung und Entwicklung von intelligenten Materialien (engl. Smart Materials), die selbstständig auf verändernde Umweltbedingungen reagieren können und dementsprechend in der Lage sind, sich anzupassen. Eine wichtige Klasse dieser Smart Materials stellen die Formgedächtnispolymere dar, welche sich dadurch auszeichnen, dass sie vorrübergehend eine Defor¬mation in einer temporären Form speichern können, bis ein geeigneter äußerer Reiz den Wiederherstellungsprozess einleitet und die permanente Form zurückgebildet wird. Ziel dieser Arbeit ist es, durch gezielte Vernetzung von Hochpolymeren, die Limits und das Eigenschaftsspektrum von Formgedächtnispolymeren zu erweitern.

Infolge einer besonders geringen Vernetzung von Polyethylen konnte ein Formgedächtnispolymer erzeugt werden, das eine Maximaldehnung von 3000 % und eine reversibel speicherbare Dehnung von über 1400 % besitzt. Dies ist bei weitem die größte literaturbekannte Dehnungsspeicherung eines Formgedächtnispolymers.

Weiterhin konnte, durch die Vernetzung eines Blends aus drei Polyethylentypen, ein Polymernetzwerk hergestellt werden, dem mit Hilfe einer gezielten Programmierung ein Zweifach-, Dreifach- sowie Vierfach-Formgedächtniseffekt aufgeprägt werden kann.

Mittels kovalenter Vernetzung von syndiotaktischem Polypropylen konnte ein kaltprogrammierbares Formgedächtnispolymer hergestellt werden, dessen Triggerprofil extrem von der verwendeten Heizrate abhängt. Dies stellt eine komplett neue Charakteristik eines Smart Materials dar.

Zusätzlich konnte, durch die ionische Vernetzung von syndiotaktischem Polypropylen, ein thermoplastisches Formgedächtnispolymer erzeugt werden, das nicht nur reversibel thermoplastisch verarbeitet werden kann, ohne dass die Formgedächtniseigenschaften des Materials negativ beeinflusst werden, sondern auch die Fähigkeit zur Selbstheilung besitzt.

Weiterhin war es möglich, durch das Ausnutzen der Homoepitaxie in vernetztem isotaktischen Polypropylen, das erste literaturbekannte Material zu erzeugen, dass bei einer uniaxialen Dehnung die mechanischen Eigenschaften sowohl parallel, als auch ortho¬gonal zur Verstreckrichtung verbessert.

Zuletzt wurde mit Hilfe der kovalenten Vernetzung von PVDF das erste literaturbekannte elektroaktive Formgedächtnispolymer erzeugt, das nicht nur seine Form, sondern auch seine piezoelektrischen Eigenschaften schalten kann.