Berechnung der Gefügestruktur

Teilkristalline Thermoplaste sind eine wichtige Werkstoffgruppe der thermoplastischen Kunststoffe. Im Gegensatz zu rein amorphen Kunststoffen kommt es bei der Erstarrung dieser Materialien zu einer periodischen Anordnung der Molekülketten. Dies kann beispielsweise durch eine wiederholte Faltung der Ketten geschehen, wodurch dicht gepackte, geordnete Bereiche entstehen. Es gibt dabei einige limitierende Faktoren, die die vollständige Erstarrung der Polymerschmelze in periodischen Anordnungen verhindern. Neben Schwankungen des Molekulargewichtes sind hier beispielsweise auch Verschlaufungen der Polymerketten zu nennen. Folglich existieren neben den kristallinen auch amorphe Bereiche mit gleichen chemischen, aber unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. Man spricht daher auch von teilkristallinen Werkstoffen und gibt den Anteil der kristallinen Bereiche mit dem Kristallisationsgrad an. Durch die Faltung der Polymerketten entstehen plattenförmige Anordnungen der Moleküle, Lamellen genannt, die charakteristisch für die meisten teilkristallinen Thermoplaste sind. Die Lamellen können in der erstarrten Schmelze in unterschiedlichen Konfigurationen zu Überstrukturen angeordnet sein, wie beispielsweise in einer radialen oder im Falle einer hochorientierten Schmelze in einer Shish-Kebab Anordnung. Die radiale Struktur, auch Sphärolith ge- nannt, ist dabei die bekannteste Struktur, weil sie bei vielen teilkristallinen Werkstoffen, insbesondere den Massen- kunststoffen PP und PE auftritt. Die Sphärolithe können dabei Durchmesser von wenigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern haben (Bild 1). Eines der Forschungsziele am IKV ist es, eine Gefügestruktur bis zu einer Größenordnung von wenigen μm für spritzgegossene Bauteile zu berechnen.