Rheologie

Die (lineare) Rheologie misst den frequenzabhängigen komplexen Elastizitätsmodul G(w) und verschafft die notwendige Verbindung zwischen den mechanischen Eigenschaften und der molekularen - aus Streuexperimenten bestimmten - Struktur.

Die dynamischen Module bilden auf empfindliche Weise das Relaxationszeitspektrum in Polymerschmelzen ab. Eigenschaften wie einzelne Relaxationsprozesse oder Plateaumodule können im Rahmen eines Röhrenmodells für topolologische Wechselwirkungen zwischen Ketten erfolgreich diskutiert werden. Diese zeigen sich als mehr oder weniger ausgeprägte Maxima im G''-Verlustmodul bei Frequenzen proportional der inversen Relaxationszeit.

Die dynamische Untersuchungen  vervollständigen die typische Relaxationsexperimente im makroskopischen Zeitfenster. Sie erlauben es unvernetzte Polymerschmelzen von Gummi zu unterscheiden und zeigen z.B. im Rahmen einer gummielastische Betrachtung eine Analogie zwischen temporären Verhakungen d.h. der Topologie und permanenten Netzpunkten eines vulkanisierten Ensemble von Ketten. Nimmt man an, dass diese charakteristischen Zeiten in gleichem Maße durch eine Temperaturveränderung beschleunigt oder verlangsamt werden können, so ist es möglich anhand des Zeit-Temperaturüberlagerungsgesetzes eine sogenannte Masterkurve aufzustellen. Damit können Vorhersagen des Verhalten gemacht werden in Bereichen, die nicht oder sehr schwer experimentell zugängig sind.

Dieses einfach-thermorheologische Verhalten gilt in den meisten homogenen Systemen. Abweichungen davon werden in komplexeren Systemen wie Mischungen mit verschiedener Monomerchemie oder auch zusätzlich aktivierbaren Prozessen wie intermolekulare Wechwelwirkungen aller Art (Komplexblidung, Wasserstoffbrücken u.m) beobachtet.                                                      

Eine Ergänzung des Verständnisses von Polymeren auf der Skala der Verhakungen wird durch nicht-lineare Rheologieexperimente erreicht. Eine starke Störung des Systems führt zu einer mikroskopischen längenskalenabhängige Deformation und rheologischen Eigenschaften die bei der Polymerverarbeitung günstig sind. Da dieses Gebiet mikroskopisch noch sehr unerforscht ist und von stark-vereinfachten Theorien beherrscht wird, sind Techniken wie die der Rheologie und Kopplung mit Neutronenexperimenten sehr wichtig.   Der zugängliche Streuvektorbereich sowie das Zeitfenster erschließen hierbei ideal die interessante und relevante Längenskalen und Relaxationszeiten.  

Unsere rheometrische Ausstattung beinhaltet Geräte, die die verschiedenen Messmethoden und -Modi realisieren können:

• Auslenkungs-kontrollierende dynamisch-mechanische Rheometer (ARES, ARES-G2)(TA Instruments)
• Q800: Spannungs-kontrollierende dynamisch-mechanische Analyse (TA Instruments)
• AR-G2 Spannungs-kontrollierendes Rheometer für Proben mit niedriger Viskosität (Flüssigkeiten) mit Zusatz für in-situ Kleinwinkellichtstreuung zur Charakterisierung der Struktur.