Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1998
Programm und Abstacts der Sitzung PO 10

•Thomas Pieper
Universität Ulm, c/o Abt. Experimentelle Physik, Liststr. 3, 89079 Ulm

Mit der Reverse-Monte-Carlo-Methode (RMC) ist es möglich, dreidimensionale Modelle ungeordneter und teilgeordneter Materialien zu erhalten, die quantitativ mit den verfügbaren Streudaten übereinstimmen. Bei diesem Verfahren gehen keine interatomaren und intermolekularen Potentiale in die Simulationsrechnungen ein, dafür ist es möglich, geometrische Randbedingungen wie Bindungslängen und -winkel mit einzubeziehen. Da RMC im allgemeinen keine eindeutigen Resultate liefert, sind zusätzliche physikalische Kriterien für die Akzeptanz des jeweiligen Monte-Carlo-Schrittes von großer Bedeutung. In diesem Beitrag wird ein Maximum-Entropie-Verfahren als ein zusätzliches Kriterium bei RMC-Simulationen verwendet. Die so modifizierte Methode wird benutzt, um die kolumnare Mesophase einer vernetzten Polydiethylsiloxan-Probe (PDES) bezüglich der lokalen Ordnung des kolumnaren Kerns und der intermolekularen Packung zu charakterisieren. Die experimentellen Daten dafür stammen aus Röntgenweitwinkeluntersuchungen an orientierten PDES-Proben.

•C. Burger¹ und W. Ruland^2
1MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Kantstr. 55, D-14513 Teltow-Seehof
²Philipps-Univ. Marburg, FB Chemie, Hans-Meerwein-Str., D-35032 Marburg

Segmentlängenverteilungen spielen eine wichtige Rolle bei der Interpretation von Röntgenkleinwinkelstreudaten von Zweiphasensystemen im realen Raum [1]. Dies gilt sowohl für partikuläre als auch für dichte Systeme. Das asymptotische Verhalten der Streukurve bei großem Streuvektor ist eng mit den Singularitäten in der Segmentlängenverteilung verknüpft [2].

In dieser Untersuchung wird ein bislang noch nicht bekannter geschlossener Ausdruck für die Transformation von der Segmentlängenverteilung zur Streukurve angegeben. Der Ausdruck wird zudem auf beliebige höhere Ableitungen der Segmentlängenverteilung sowie auf beliebige Projektionen der Intensitätsverteilung (z.B. Spaltverschmierung) verallgemeinert. Existierende Arbeiten zur Beschreibung der oszillativen Komponenten der Streukurve [2] werden kritisch überprüft. Die Anwendung der neuen Ansätze wird am Beispiel des Rotationsellipsoids ausführlich diskutiert.

[1] J. Mehring, D. Tchoubar, J. Appl. Cryst. 1, 135 (1968)

[2] H. Wu, P. W. Schmidt, J. Appl. Cryst. 7, 131 (1974)

•J. Böhm und D. Göritz
Insitut für Exp. und Angew. Physik, Universität Regensburg, D-93040 Regensburg

Für die Strukturuntersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie werden Kieselsäuren aus der Lösung präpariert. Je nach Lösungsmittel ändert sich die Größenverteilung der Aggregate bzw. Agglomerate. Es ist sogar die Präparation aus der Lösung möglich. Im Elektronenmikroskop läßt sich die Größe und deren Verteilung der Primärteilchen und Aggregate bestimmen. Die Bildbearbeitungssoftware unterstützt diesen Auswertevorgang.

•J. Fröhlich und D. Göritz
Insitut für Exp. und Angew. Physik, Universität Regensburg, D-93040 Regensburg

In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse aus Röntgenkleinwinkeluntersuchungen an unterschiedlichen Rußfüllstoffen vorgestellt. Die untersuchten Ruße unterscheiden sich hierbei hinsichtlich ihrer Partikelgröße und ihrer Oberflächenaktivität. Die Porodanalyse zeigt hierbei, daß die Oberfläche der Ruße mit einer oberflächenfraktalen Dimension d_S charakterisiert werden kann. Diese Dimension d_S hängt vom untersuchten Rußtyp ab und resultiert aus einer Oberflächenrauhigkeit der Füllstoffoberfläche im Nanometerbereich.

•Martin Bonnet und Jürgen Petermann
Lehrstuhl für Werkstoffkunde, FB Chemietechnik, Universität Dortmund, Emil-Figge-Str. 66, 44221 Dortmund

Syndiotaktisches Polypropylen (sPP) wird bereits seit einigen Jahren vorkommerziell hergestellt (FINA). Neben einigen erheblichen Vorteilen (höhere Transparenz, duktiler, höhere reversible Dehnungen möglich) besteht der große Nachteil dieses Materials in einer sehr geringen Kristallisationsgeschwindigkeit, so daß klassische Verarbeitungsprozesse erschwert sind. Dieser Nachteil konnte nun durch gezieltes Blenden mit geringen Konzentrationen von Polyethylen (PE) behoben werden.

Durch wärmeflußkalorimetrische Messungen der isothermen Kristallisation konnte eine Nukleation von HDPE auf sPP nachgewiesen werden. Lichtmikroskopische Untersuchungen zeigen eine Transkristallisation von sPP an HDPE und in elektronenmikroskopischen Untersuchungen konnte eine geordnete Kristallisation von sPP auf HDPE nachgewiesen werden, so daß eine epitaktische Kristallisation als nukleierender Effekt vermutet wird.

Neben den Morphologien werden auch die zugehörigen mechanischen Kennwerte (E-Modul, Buchdehnung und -spannung) gemessen und eine Korrelation gegeben.

•H. Leist und U. Wiesner
Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Ackermannweg 10, 55128 Mainz

In the present study we focus on the effect of amplitude of high frequency oscillatory shear on the microstructure of a lamellar polystyrene-polyisoprene (PS-b-PI) diblock copolymer. To this end a symmetric PS-b-PI diblock copolymer with low molecular weight is synthesized and TODT determined rheologically. First the known three frequency regimes of orientation [1] under large amplitude oscillatory shear flow in the vicinity of TODT leading to parallel, perpendicular and parallel orientation with increasing frequency are reproduced for this polymer. Orientation experiments under oscillatory shear flow at different shear amplitudes are then performed in the third frequency regime. To detect the orientation behavior after cessation of shear and subsequent quenching to room temperature 2 dimensional small angle X-ray scattering along three orthogonal directions with respect to the deformation geometry is used. Consequences of the results on the orientation diagram of lamellar PS-b-PI under oscillatory shear flow [2] are discussed.
[1] U. Wiesner, Macromol. Chem. Phys., 1997, 198, (3319)
[2] D. Maring, U.Wiesner, Macromolecules 1997, 30, (660)

•R. Eberle, S.H. Anders und M. Pietralla
Abteilung Experimentelle Physik, Universität Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, D-89069 Ulm

Brillouinspektroskopisch wurden die mechanischen Eigenschaften eines statistischen Copolymers aus Polyethylen (PE) und Polyvinylacetat (PVAc) bestimmt. Ausgehend von der isotropen Probe wurde das Copolymer schrittweise bis zu einem Dehngrad von 6.3 uniaxial verstreckt. Die Ergebnisse lassen sich in zwei Bereiche einteilen. Bis zu einem Dehngrad von 3 traten nur longitudinale Moden auf. In diesem Bereich wurden die effektiven Kraftkonstanten c_c und c_v mit einem modifizierten Gittermodell [1] berechnet. Bei höheren Dehngraden trat Dehnungskristallisation auf und quasitransversale Moden wurden sichtbar. Deshalb konnten die elastischen Konstanten c_ij bestimmt werden. Die gemessene Doppelbrechung zeigt, daß in den beiden Bereichen unterschiedliche Orientierungsprozesse auftreten, die sich jeweils mit Oka-Verteilungsfunktionen beschreiben lassen. Daneben zeigt ein Vergleich mit PE den Einfluß der Acetatgruppen auf den Orientierungsprozeß.

[1] S.H. Anders, H.H. Krebecek, M. Pietralla, J. Polymer Science B: Polymer Physics 35: 1661-1676, 1997

•B. Pleuger, H. Ebener und J. Petermann
Lehrstuhl für Werkstoffkunde, Fachbereich Chemietechnik, Universität Dortmund, Emil-Figge-Str. 66, 44221 Dortmund

Einige Thermoplaste zeigen unter konstanter Zugbeanspruchung oberhalb einer kritischen Deformationsgeschwindigkeit [(e)\dot] mechanische Instabilitäten, die in der aufgezeichneten Spannungs-Dehnungskurve in Form von Oszillationen wiederzufinden sind. Auf der Probe werden die Oszillationen durch abwechselnd transparente und opake Streifen senkrecht zur Zugrichtung sichtbar.

An PET und sPP gemessene Spannungoszillationen zeigen von der Deformationsgeschwindigkeit abhängige Spannungsniveaus mit unterschiedlichen Amplituden. Gleichzeitig erfaßte Dehnungsoszillationen ergeben lokale Deformationsgeschwindigkeiten, die bis zu mehreren Größenordnungen über der globalen Neckgeschwindigkeit liegen können und stark werkstoffabhängig sind. Es werden mögliche Mechanismen diskutiert.

•N. Stribeck
Institut TMC, Universität Hamburg, Bundesstr. 45, D-20146 Hamburg

Polyetherester sind thermoplastische Multiblock-Copolymere, die eine Überstruktur aus Hartdomänen in einer Weichmatrix ausbilden. Die Antwort der Überstruktur auf eine Probendehnung wird am HASYLAB mit der Röntgenkleinwinkelstreuung auf Image-Plate registriert. Bei Dehnungen ab e = 1.5 beobachtet man ausgeprägte äquatoriale Streuung, die von stabförmigen Weichdomänen stammt. Diese entstehen aus Mikrofibrillen, wenn Hartdomänen vollständig zerstört werden.

Durch Projektion der Streuintensität auf die Ebene senkrecht zur Faserachse erhält man eine Streukurve, die quantitativ analysiert werden kann. Sie beschreibt Form und Anordnung der Stabquerschnitte innerhalb des Faserquerschnitts. Nach Berechnung der 2D-Durchschußlängenverteilung g₂(x₁₂) wird offensichtlich, daß die Abstände der Stäbe nahezu zufällig schwanken. Also besteht eine einfache Beziehung (Mellin-Faltung) zwischen g₂(x₁₂) und der interessierenden Durchmesserverteilung h_D(D) der Stäbchenquerschnitte. h_D(D) wird als Funktion der Probendehnung studiert.

Man findet, daß die Querkontraktion der Stäbchen nur bis zur Dehnung e = 2.6 größer ist als die Querkontraktion der Faser als Ganze. Nach Erreichen dieses Grenzwertes nimmt auch die Breite von h_D(D) nicht weiter zu.

•Carl Stefan Imhof¹, Sabine Hild¹, Ulf Dietrich², Bernhard Rieger² und Othmar Marti^1
1Abteilung für Experimentelle Physik, Universität Ulm, Albert Einstein Allee 11, D-89069 Ulm
²Abteilung Makromolekulare Chemie, Universität Ulm, Albert Einstein Allee 11, D-89069 Ulm

Das Verhalten von Polymeren unter mechanischer Belastung ist stark von seiner inneren Struktur abhängig. So ist hoch isotaktisches Polypropylen in der Lage zu kristallisieren und zeigt beim Verstrecken ein typisches Fliessverhalten. Verändert man die Struktur dieses Polymers durch den Einbau von ataktischen Molekülteilen, zeigt die Probe bei mechanischer Belastung elastisches Verhalten. Um die mikroskopische Struktur mit den makroskopischen mechanischen Eigenschaften zu korrelieren, wurde ein Rasterkraftmikroskop mit einer Verstreckapparatur kombiniert. Die Polymere werden schrittweise verstreckt und die deformationsinduzierten Oberflächenveränderungen abgebildet. Ein integrierter Kraftaufnehmer erlaubt eine Untersuchung der Strukturveränderungen in Abhängigkeit vom Deformationsgrad. Folien aus isotaktischem Polypropylen mit wechselnden ataktischen Anteilen werden im unverstreckten und verstreckten Zustand abgebildet. Die Veränderungen der Morphologie werden mit den auf makroskopischer Skala ermittelten Spannungs-Dehnungskurven korreliert und Rückschlüsse auf den Deformationsmechanismus gezogen.

•Ulrich A. Handge, Igor M. Sokolov und Alexander Blumen
Theoretische Polymerphysik, Universität Freiburg, Rheinstr. 12, D- 79104 Freiburg i. Br.

Die Riß bildung und Fragmentierung von inhomogenen, polymerenOberflächenschichten unterscheidet sich wesentlich von der Riß bildung im Bulk. Untersuchungen über das Verhalten von Oberflächenschichten bei Dehnung haben gezeigt, daß mit einfachen Modellen wesentliche Aspekte des Fragmentierungsprozesses beschrieben werden können. Die Oberflächenschicht wird dabei durch ein Netzwerk von Federn und die Kopplung der Oberflächenschicht an die Unterlage durch Blattfedern modelliert. Polymere besitzen i.a. viskoelastische Eigenschaften. Ziel dieser Untersuchung ist, die Wechselwirkung zwischen Viskoelastizität und Unordnung zu erörtern und die Entstehung verschiedener Riß muster zu analysieren. Dabei zeigt sich, daß die Kopplung der Oberflächenschicht an die Unterlage, die Dehnrate in der Unterlage und der Grad der Unordnung wesentlichen Einfluß auf die Riß muster haben [1].
Abschließ end wird die Stabilität von Oberflächenschichten unter Kompression behandelt. Es wird gezeigt, daß dünne Schichten nur unterhalb einer kritischen Kompression stabil sind.

[1] U.A. Handge, I.M. Sokolov and A. Blumen, Europhys. Lett. 40, 275 (1997).

•S. Hobeika und G.R. Strobl
Fakultät für Physik, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Strasse 3, D-79104 Freiburg

Durch Einbau nicht-kristallisationsfähiger Vinylacetat-Einheiten kann der Kristallisationsgrad von Polyethylen abhängig von der Copolymer- Zusammensetzung variiert werden. Die so modifizierten Proben zeigen sowohl gummiartiges Verhalten, als auch Eigenschaften eines teilkristallinen Polymers:
Homogene Deformation, verschwindender Dehnrateneinfluß und vollständige Reversibilität im freien Schrumpf bis zu Dehnungen von 65% auf der einen Seite; das Auftreten von Fließpunkten, dieselben Orientierungsphasen der (110)-Ebenen beim Verstrecken wie bei PE und teilweise Irreversibilität beim kontrollierten Entlasten der Proben auf der anderen. In Mehrfachzyklen findet man - wie bei rußgefüllten Kautschuken - einen großen irreversiblen Dehnungsanteil und starke Hysterese im ersten, nahezu vollständige Rückdehnung bei geringer Hysterese in allen weiteren Zyklen.
Durch den Vergleich der Ergebnisse verschiedener Dehnungsexperimente und WAXD wird versucht, den Zusammenhang zwischen mikroskopischen Strukturänderungen und mechanischen Eigenschaften sowie den Übergang vom Gummi zum teilkristallinen Polymer zu klären.

•Wolfgang Wilke¹, Ulrich Lode¹, Till Pomper¹, Andreas Karl¹, Gebhard v. Krosigk¹, Sabine Cunis¹ und Rainer Gehrke^2
1Abt. Experimentelle Physik, Universität Ulm
²HASYLAB am DESY, Hamburg

Die simultane Messung der Röntgenkleinwinkelstreuung und Schallemission von Glas- bzw. Kohlefaser verstärkten Polycarbonat beim uniaxialen Verstrecken wurden an der USAXS-Meßstrecke BW4 am HASYLAB (DESY Hamburg) durchgeführt. Die Streudaten werden mit einem zweidimensionalen, ortsempfindlichen Detektor aufgenommen. Nach der Korrektur der 2-dim. Daten entnimmt man zunächst die Streudaten in äquatorialer (senkrecht zur Verstreckrichtung) und meridionaler Richtung. Diese dienen als Startwerte für die Berechnung der auf Modellannahmen basierenden 2-dim. Streubilder, die dann mit den gemessenen Streubildern verglichen werden. Die in der Probe vorhandenen Mikrorisse werden durch Zylinder, deren Orientierung, Höhe und Breite variabel ist, beschrieben. Für die Verteilung der Radien und Höhen der Zylinder wird jeweils eine Weibull-Verteilung angenommen. Anhand der Daten der Schallemission lassen sich Rückschlüsse auf die Art der beteiligten Prozesse (Matrixbruch, Grenzschichtversagen, Faserauszug) ziehen.

•M. Ensslen und G.H. Michler
Martin-Luther-Universität-Halle-Wittenberg, Institut für Werkstoffwissenschaft, Geusaer Str., 06217 Merseburg

Die Ausbildung von Craze-Strukturen in Polymeren wurde bislang vorrangig unter den Bedingungen des Spannungs-Dehnungs-Versuches untersucht. Hier soll nun basierend auf Arbeiten unter statischer Last die Craze-Struktur diskutiert werden. Für verschiedene, definierte thermische Historien wurden glasartigen Polymere (PC, SAN) im experimentell zugänglichen Lastfenster beansprucht. Während Fibrillenabstand und -dicke mit der makroskopisch an der Probe wirkenden Kraft skalieren, wurden für das Streckverhältnis der Fibrillen und die zur Fibrillenbildung erforderlichen Energien Extrema gefunden. Diese Abhängigkeiten werden auf sich drastisch ändernde Vorgänge in der aktiven Zone zurückgeführt und bzgl. des Kenntnisstandes bei Spannungs-Dehnungs-Untersuchungen vergleichend diskutiert.

•Wolfgang Wilke¹, Ulrich Lode¹, Till Pomper¹, Andreas Karl¹, Gebhard v. Krosigk¹, Sabine Cunis¹ und Rainer Gehrke^2
1Abt. Experimentelle Physik, Universität Ulm
²HASYLAB am DESY, Hamburg

Zur Untersuchung der Morphologie und Entwicklung der Crazes in Polycarbonat bei der Deformation wurde an der Meßstrecke BW4 die Röntgenkleinwinkelstreuung und die Spannungs-Dehnungs-Kurve während des kontinuierlichen Verstreckvorganges gemessen. Die hohe Intensität der Synchrotronstrahlung ermöglicht die Untersuchung des Deformationsprozesses mit einer Zeitauflösung, die mit konventionellen Röntgenapparaturen nicht erreichbar ist. Die Zugproben wurden bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von 30 ^oC bis 140 ^oC und unterschiedlichen Verstreckgeschwindigkeiten untersucht. Die zweidimensionalen Streubilder werden mit einem einfachen Modell ausgewertet.

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Zuletzt geändert am 05.08.1998

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