Es wird die Bauteilentwicklung für ein Rad aus WPC (Wood Polymer Composite) vorgestellt. Das Rad ist der Demonstrator für eine WPC-Radbauweise zur Anwendung in der Intralogistik. Das Rad hat eine Lastgrenze von 150kg. Es werden statisch-mechanische Untersuchungen zu verschiedenen Materialrezepturen und Radkonstruktionen vorgestellt. Ergänzend werden tribologische Versuche von ausgewählten Rädern dargestellt, um die Praxistauglichkeit des Demonstrators und der Bauweise abzuschätzen. / A component- and material development for a wheel made from WPC (Wood Polymer Composite) is presented. The wheel is the demonstrator for a WPC-wheel design for the use in the intralogistics. The wheel has a load limit of 150kg. Staticmechanical investigations of different material compositions and wheel designs are presented. Tribological investigations of selected wheels are shown, to give an estimation of the prototype’s usability and the effectiveness of the general wheel design.

Diese Dissertation beschreibt die Synthese und Charakterisierung neuartiger Hyperstern-Polymere (HSP) und deren Funktion als Reaktivbinder in Epoxy- bzw. PUR-Harzen. Hyperstern-Polymere sind Hybride aus hochverzweigten (hvz) und linearen Polymeren. Sie können über ihre reaktiven OH-Gruppen als multifunktionelle hochverzweigte Quervernetzer kovalent in ein kationisch härtendes Epoxyharz einbinden und thermische sowie thermomechanische Eigenschaften verbessern.

Die in Blockcopolymeren beobachtete Mikrophasenseparation ermöglicht die Herstellung von periodischen Strukturen mit einer charakteristische Länge kleiner 100 nm. In der vorliegenden Arbeit wurden dünne Blockcopolymerfilme als Template zur Herstellung von metallischen, keramischen bzw. polymeren Nanodots untersucht. Derartige Nanodots könnten in magnetischen Datenspeichern, Superkondensatoren oder als photonische Kristalle eingesetzt werden. / The microphase seregation observed in block copolymers enables the generation of mesoscopic structures with characteristic lengths below 100 nm on a large scale. In this thesis, thin block copolymer films were investigated as templates for the synthesis of metallic, ceramic and polymeric nanodots. Such nanodots could be used in magnetic data storage devices, supercapacitors or photonic crystals.

Die Analyse von organischen Polymeren mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma nach Laserablation unterliegt starken Matrixeffekten. Mögliche Korrekturmodelle sollten basierend auf der tatsächlich ablatierten Elementmasse sowie der Signalintensität des Kohlenstoffisotops C-13 (13C-Korrektur) entworfen werden. Damit die 13C-Korrektur erfolgreich verlaufen kann, ist ein direkter Zusammenhang zwischen ablatiertem Kohlenstoff und gemessenem 13C-ICP-MS Signal erforderlich. Dies wurde überprüft, indem unter Anwendung der konfokalen Mikroskopie das Ablationskratervolumen bestimmt und der ablatierte Kohlenstoff berechnet wurde. Dieser Zusammenhang konnte sowohl für undotierte, wie auch für elementdotierte Polymere und die Verwendung verschiedener Ablationsgase (Helium, Argon und Sauerstoff) ermittelt werden. Eigens hergestellte polymere elementdotierte Standardmaterialien wurden hinsichtlich der Matrixeffekte charakterisiert. Als größter Einflussfaktor stellte sich die unterschiedliche Ablationsrate bei der Ablation verschiedener Polymere heraus. Unter Anwendung der tatsächlich ablatierten Elementmasse sowie unter Anwendung der 13C-Korrektur konnte die Matrixabhängigkeit deutlich verringert werden.

Inhibitors used as dopant anions in polymer films are responsible for the anticorrosion behaviour of polypyrrole (Ppy). Ppy film doped with MoO42- and TiF62- showed the role of anions in corrosion protection of iron. Ppy doped with 3-nitro salicylate was used for zinc protection. The results of XPS revealed that molybdate exist in two types: [MoO4]2- (62%) and [Mo7O24]6- (28%). Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) has indicated the change of the resistance RPM and the capacitance CPM of the Ppy film during reduction. Electrochemical Quartz Crystal Microbalance (EQCM) has shown: the mass of the Ppy film decreased in the cathodic region and increased in the anodic region. The anion flux was also observed in Scanning Kelvinprobe (SKP) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) experiments. The release behaviour of molybdate anions depends much on the size of cations in the electrolyte. TiF62- anions has shown good inhibitor properties. However, the mechanism of this action is not yet known. 3-nitro salicylate (3-nisa) was used as inhibitor dopant for zinc in this work. Ppy film could be formed on Zn without any special pretreatment. The dissolution of Zn decreased dramatically in the presence of 3-nisa. The application of Ppy/metal inorganic composites in corrosion protection for mild steel and galvanised steel may be a better selection. Mixture of core-shell particles with matrix polymer was used as primer for protective coatings.

Es wird die Bauteilentwicklung für ein Rad aus WPC (Wood Polymer Composite) vorgestellt. Das Rad ist der Demonstrator für eine WPC-Radbauweise zur Anwendung in der Intralogistik. Das Rad hat eine Lastgrenze von 150kg. Es werden statisch-mechanische Untersuchungen zu verschiedenen Materialrezepturen und Radkonstruktionen vorgestellt. Ergänzend werden tribologische Versuche von ausgewählten Rädern dargestellt, um die Praxistauglichkeit des Demonstrators und der Bauweise abzuschätzen. / A component- and material development for a wheel made from WPC (Wood Polymer Composite) is presented. The wheel is the demonstrator for a WPC-wheel design for the use in the intralogistics. The wheel has a load limit of 150kg. Staticmechanical investigations of different material compositions and wheel designs are presented. Tribological investigations of selected wheels are shown, to give an estimation of the prototype’s usability and the effectiveness of the general wheel design.

Die vorliegende Arbeit beschreibt zwei Verfahren zur Herstellung von submikronen Ionenaustauscherpartikeln. Im ersten Verfahren, der Miniemulsionspolymerisation, liegt der Schwerpunkt auf dem energetisch sehr aufwendigen Schritt der Herstellung einer stabilen Miniemulsion. Dabei werden Prozessparameter optimiert und Destabilisierungsmechanismen analysiert. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein neues kostengünstiges und ressourcenschonendes Herstellungsverfahren vorgestellt. Dabei werden kommerziell erhältliche Ionenaustauscherpartikel auf Polymerbasis in Kugelmühlen zerkleinert.

Die Analyse von organischen Polymeren mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma nach Laserablation unterliegt starken Matrixeffekten. Mögliche Korrekturmodelle sollten basierend auf der tatsächlich ablatierten Elementmasse sowie der Signalintensität des Kohlenstoffisotops C-13 (13C-Korrektur) entworfen werden. Damit die 13C-Korrektur erfolgreich verlaufen kann, ist ein direkter Zusammenhang zwischen ablatiertem Kohlenstoff und gemessenem 13C-ICP-MS Signal erforderlich. Dies wurde überprüft, indem unter Anwendung der konfokalen Mikroskopie das Ablationskratervolumen bestimmt und der ablatierte Kohlenstoff berechnet wurde. Dieser Zusammenhang konnte sowohl für undotierte, wie auch für elementdotierte Polymere und die Verwendung verschiedener Ablationsgase (Helium, Argon und Sauerstoff) ermittelt werden. Eigens hergestellte polymere elementdotierte Standardmaterialien wurden hinsichtlich der Matrixeffekte charakterisiert. Als größter Einflussfaktor stellte sich die unterschiedliche Ablationsrate bei der Ablation verschiedener Polymere heraus. Unter Anwendung der tatsächlich ablatierten Elementmasse sowie unter Anwendung der 13C-Korrektur konnte die Matrixabhängigkeit deutlich verringert werden.

Im Spritzguss hergestellte Bauteile mit Kurzfaserverstärkung weisen ein niedriges Gewicht bei hoher Steifigkeit auf und bieten damit beispielsweise in der Automobilbranche eine Alternative zu Bauteilen aus konventionellen Werkstoffen wie Stahl. Die Eigenschaften der Kunststoffbauteile sind das Resultat einer vielschichtigen Prozessgeschichte. Dabei erfährt das Material einen hohen Wärmeaustausch, wechselt seine Phase von flüssig zu fest, kühlt lokal unterschiedlich schnell ab und wird von den Orientierungen der eingebetteten Kurzfasern geprägt. Da die Bauteileigenschaften eine hohe Sensitivität gegenüber Variationen der Prozessparameter besitzen, sollen Simulationen des Fertigungsprozesses kostengünstige Vorhersagen zur Güte des Endproduktes ermöglichen. Den Simulationen liegen mathematische Gleichungen zu Grunde, die das effektive Materialverhalten beschreiben. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Formulierung eines solchen Materialmodells. Mit Hilfe von Homogenisierungen repräsentativer Volumenelemente wird zunächst der Einfluss der Faserorientierungsverteilung auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften analysiert. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse fließen anschließend in die Modellierung des Materialverhaltens ein. Der in dieser Arbeit verwendete Modellierungsrahmen ist für große Deformationen ausgelegt, berücksichtigt den Phasenübergang sowie Temperaturabhängigkeiten in den viskoelastischen Steifigkeitsanteilen und stützt sich auf eine effektive Integrationsregel, um die Faserorientierungsverteilung einzubeziehen. Die Identifikation der Materialparameter geschieht mit Hilfe von Experimenten an Proben mit unidirektionaler Faserausrichtung. Das identifizierte Materialmodell wird schließlich in die kommerzielle Finite-Elemente-Umgebung Abaqus implementiert und steht damit Simulationen der Abkühlung und der Beanspruchung eines spritzgegossenen Kettenglieds zur Verfügung.

The framework of this thesis aims to fabricate materials, which change surface characteristics in response to environmental conditions. This response may be employed to improve material characteristics as adhesion, wettability, interaction with cells etc. The mixed brushes introduce adaptive and switching behavior in different surrounding media. Two main approaches were employed to fabricate mixed polymer brushes: "grafting to" and "grafting from". Mixed PS/PVP polymer brushes were synthesized via step-by-step grafting of these two polymers from polyamide (PA) surfaces. NH3 plasma was used for the introduction of amino and OH functionalities on PA surfaces with following attachment of azo initiator of radical polymerizaton. The mixed brushes prepared on the surface of PA textiles combine both the switching effect and effect of composite surface (i.e. micrometer scale roughness) which substantially amplifies the switching range. Mixed polymer brushes prepared from P(S-b-2VP-b-EO) and P(S-b-4VP) block copolymers were grafted to both the flat surface of Si wafers and to the surface of silica nanoparticles via quaternization reaction of the pyridine nitrogen. This one step grafting technique has a substantial advantage over the multistep grafting of mixed polymer brushes. We have demonstrated that combination of the two level hierarchical organization of polymer films at macroscopic and nanoscopic levels resulted in the formation of self adaptive surfaces switchable in controlled environment from ultra-hydrophobic to hydrophilic energetic states. The PFS/PVP mixed brush was grafted onto the pre-treated PTFE surface (plasma etching) with the needle like topography. The size of vertical needles was at micron scale. If the brush is switched to the hydrophobic state the layer has shown a unique ultra-hydrophobic behavior (complete non-wetting) with the contact angle approaching value of 160o. If the mixed brush was switched into the hydrophilic state the surface became completely wetted due to the capillary forces in the pores formed by the needle like structure. Thus, the surface can be either highly wettable or completely non-wettable with the self cleaning properties.