Ergebnisse

Wie in der Projektbeschreibung dargelegt, spielen offenporige Funktionsmaterialien in vielen Bereichen der Technik eine wichtige Rolle.

Morphogenese durch Freisetzung eines Treibmittels

Abbildung 1: Simulation des zeitlichen Verlaufs der Bildung einer Einzelpore in einem viskoplastischen Polymer mittels Oxidation eines Treibmittels.

In einem vorangegangenen Projekt wurde die Morphogenese einer offenporigen Polymerstruktur durch Freisetzung eines Treibmittels mittels SPH simuliert. Im Folgenden sollen die erzielten Ergebnisse anhand der Bildung einer Einzelpore, dargestellt in Abbildung 1, diskutiert werden. Das gasförmige Treibmittel (grüne Partikel) wird durch thermische Zersetzung des polymeren Wachs (gelbe Partikel) gebildet. Der für die Zersetzungsreaktion benötigte Sauerstoff muss durch die Polymermatrix diffundieren. Die Sauerstoffkonzentration ist exemplarisch in Abbildung 1 oben, Mitte, dargestellt. Aufgrund des zunehmenden Poreninnendrucks übersteigt die Schergeschwindigkeit lokal die Fließgrenze des viskoplastischen Polymers (rote Partikel). Durch die plastische Verformung bildet sich die offenporige Struktur.

Polymermembranen

Abbildung 2: Phasenseparation einer binären, äquimolaren Polymerlösung

Ein weiteres Beispiel offenporiger Funktionsmaterialien stellen Polymermembranen dar. Die Herstellung erfolgt meist durch Phaseninversion. Dabei wird eine Polymerlösung mit einem Fällungsmittel in Kontakt gebracht. Aufgrund der Nichtmischbarkeit des Fällungsmittels mit dem Polymer, zerfällt die homogene Polymerlösung in eine polymerreiche und eine polymerarme Phase, die anschließend aushärten. Dabei entstehen unterschiedliche Strukturen in Abhängigkeit der Polymerlösungszusammensetzung und weiterer Prozessgrößen.

Ein vereinfachtes Beispiel für den Zerfall einer homogenen Lösung in zwei Phasen ist in Abbildung 2 dargestellt. Dabei wird eine ideale, äquimolare Mischung betrachtet.

 

 

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