Verbesserte Zähigkeit/Steifigkeits-Balance nanopartikelgefüllter Polyamid-Composite - simulationsgestützte Eigenschaften/Morphologie-Korrelation

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Am Beispiel eines mehrphasigen Polyamid 6/Polyether-Blockcopolymers wird ein Konzept zur Verbesserung der Zähigkeit/Steifigkeits-Balance durch Auffinden geeigneter Morphologien wie Phasengröße, -anteil und -orientierung, Strukturierung, Matrix-Phasen-Kopplung, Grenzflächenmorphologie und Mikro-Hohlräume mittels hierarchischer Modellierung und inhomogener Finite- Elemente-(FE)-Modelle vorgestellt. Von Bedeutung ist der Einsatz einer dispergierten Polyether- Weichphase sowie eines nanoskaligen Schichtsilikats (Montmorillonit) zur Erhöhung von Zähigkeit bzw. Steifigkeit (E-Modul). Auf der Basis experimenteller Untersuchungen zu Morphologie und mechanischen Eigenschaften (IKT) werden die realen Mikrostrukturen hinsichtlich des Einflusses von Weichphase und Schichtsilikat mit dem Ziel verbesserter mechanischer Eigenschaften modelliert (IMWF). Die Erkenntnisse aus den iterativen Simulationsrechungen werden zur Konzeption virtueller Mikrostrukturen (IKT/IMWF) und Herstellung realer Werkstoff-Morphologien mit verbesserten Eigenschaften (IKT) verwendet. Die Rückkopplung des realen Materialsystems mit dem virtuellen durch Vergleich relevanter Parameter aus Experiment und Simulation führt zu einer Verbesserung der Simulationsmodelle und stellt einen effektiven Weg zur Erreichung der angestrebten mechanischen Eigenschaften dar. In der Projektverlängerung ist die Übertragung der Simulationsmodelle auf eine durch veränderte Synthesebedingungen modifizierte Weichphasengeometrie vorgesehen. Damit ergeben sich neuartige räumliche Anordnungen der Weichphasen im Composite, die für die Aufstellung verallgemeinerter auf andere Stoffsysteme übertragbare Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur, mechanischen Eigenschaften und eine modellmäßige Beschreibung genutzt werden sollen.