Filtern
Erscheinungsjahr
- 2017 (2) (entfernen)
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (1)
- Dissertation (1)
Schlagworte
- DSC (1)
- Formgedächtnispolymere (1)
- Mechanical properties (1)
- Polyester-Urethan (1)
- Programmierung (1)
- Temperaturgedächtnispolymere (1)
- Thermomechanische Eigenschaften (1)
This work demonstrates that phase-segregated poly(ester urethane) (PEU) with switching segments of crystallizable poly(1,4-butylene adipate) (PBA) can be programmed to generate two separate stress recovery events upon heating under constant strain conditions. For programming, two elongations are applied at different temperatures, followed by unloading and cooling. During the adjacent heating, two-step stress recovery is triggered. The results indicate that the magnitude of the stress recovery signals corresponds to the recovery of the two deformation stresses in reverse order. As demonstrated by further experiments, twofold stress recovery can be detected as long as the elongation at higher temperature exceeds the strain level of the deformation at lower temperature. Another finding includes that varying the lower deformation temperature enables a control over the stress recovery temperature and thus the implementation of so-called “temperature-memory effects”. Moreover, exerting only one elongation during programming enables a heating-initiated one-step stress recovery close to the deformation temperature. Based on these findings, such polymers may offer new technological opportunities in the fields of active assembly when used as fastening elements and in functional clothing when utilized for compression stockings.
Formgedächtnispolymere werden durch thermomechanische Vorbehandlung, die Programmierung, in eine temporäre Form überführt. In die Ursprungsform kehren sie dann erst nach externer Stimulierung, durch Auslösen des Formgedächtniseffekts, wieder zurück. Um diesen Effekt zu optimieren, werden in dieser Arbeit thermomechanische Designoptionen analysiert und Stellschrauben der Programmierung diskutiert. Quantifiziert wird das Materialverhalten eines physikalisch vernetzten Polyurethans mit semikristalliner Polyester-Weichsegmentphase (PEU) in thermomechanischen Messungen, in denen das Polymer Dehnungen bis über 1000% fixiert.
Deformationen im breiten Schmelzübergangsbereich der Weichsegmentphase ermöglichen die präzise Kontrolle über die Temperaturen der Dehnungs- und Spannungsrückstellung, den bekannten Temperaturgedächtniseffekt (TGE). Erst durch eine neuartige Programmierung wird jedoch der Beginn der Rückstellung einstellbar. Für diesen Onset-TGE wird das PEU direkt nach dem Recken entlastet und danach unter die Kristallisationstemperatur abgekühlt. In situ Röntgenstreuung zeigt, dass durch den frühen Entlastungszeitpunkt nur der Teil der kristallinen Weichsegmentphase zur Fixierung beiträgt, der auch beim Recken kristallin ist. Die Kristallinität bietet daher eine Stellschraube, um das thermomechanische Verhalten zu veredeln. Über die Optimierungsparameter Reckrate, Temperaturhaltezeit und maximale Dehnung erzielt das PEU hohe Fixierbarkeiten und Rückstellspannungen, ohne die Rückstellung und den Onset-TGE zu beeinträchtigen. Durch die Erweiterung der Programmierung des Onset-TGEs hin zu einer zweiten Deformation und Entlastung innerhalb des Schmelzübergangs zeigt das PEU einen bisher nicht berichteten zweistufigen Spannungsanstieg während der Rückstellung. Ein Temperaturlimit für den Onset-TGE stellt die Peak-Schmelztemperatur aus der dynamischen Differenzkalorimetrie dar. Durch die verbleibende Kristallinität oberhalb dieser Temperatur führt die Deformation und Entlastung direkt zur thermoreversiblen Aktuation mit Dehnungsänderungen bis zu 28%.
Die Ergebnisse werden auf einen Miniaturisierungsansatz für schaltbare Informationsträger übertragen, mit denen eine maschinenlesbare Information von nichtlesbar nach lesbar geschaltet werden kann. In einer Machbarkeitsstudie wird der für Sensoranwendungen vielversprechende Onset-TGE genutzt, um die Lesbarkeit der Informationsträger bei einer vordefinierten Temperatur zu schalten. Das erweitert das potentielle Anwendungsfeld der Technologie vom Produkt- und Markenschutz zur Überwachung von Kühlketten.