Zur Beschreibung des Materialverhaltens von Polymermischungen (Polymerblends) müssen dieselben Materialeigenschaften untersucht und beschrieben werden wie bei reinen Polymeren.

Falls zusätzlich zu allgemeinen Berechnungen die Morphologieentwicklung eines Polymerblends berechnet werden soll, müssen auch die grenzflächenenergetischen Eigenschaften der Polymerkombination untersucht und beschrieben werden.

Die Grenzflächenspannung kann experimentell durch verschiedene Methoden bestimmt werden, unter anderem mit:

• Breaking Thread,
• Pendant Drop und
• Spinning Drop.

Die Breaking Thread Methode beruht auf der theoretischen Grundlage der Beschreibung des Zerfalls eines flüssigen Newtonschen Fadens in einer Newtonschen Matrix. Allerdings beschränkt sich diese Methode auf Mehrstoffsysteme, bei denen die Schmelztemperatur der dispersen Phase über der der Matrix liegt. Außerdem sollte die Nullviskosität $η_0$ (Viskosität $η$ bei $\dot γ → 0$) der Matrix 40 kPas nicht überschreiten. Den schematischen Aufbau des für die Messungen aufgebauten Versuchsstandes zeigt Abbildung 111. Während der gesamten Versuchsdauer wird der Heiztisch mit Stickstoff gespült. Vor Beginn der Messung wird das System im Heiztisch für ungefähr 10 Minuten bei 220 °C getempert, um Retardationseffekte während des Aufschmelzens zu minimieren. Anschließend folgt das Hochheizen des Systems auf die gewünschte Versuchstemperatur. Sobald auch der Faden aufgeschmolzen ist, bilden sich Kapillarwellen an seiner Grenzfläche zur Matrix. Der gesamte Vorgang wird mit einer CCD- Kamera aufgezeichnet.

Diese sinusförmigen Kapillarwellen oder Fadeneinschnürungen werden in großen Zeitintervallen in einen Rechner eingelesen und ausgewertet.

PLATZHALTER ABBILDUNG 111: Versuchsaufbau zur Erfassung und Auswertung von dispersen Fadenzerfallsprozessen mit einem Heiztisch zur Bestimmung der Grenzflächenspannung

Von dem Faden werden der Ausgangsdurchmesser $D_0$, die Wellenlänge $λ$ der größte und der kleinste Fadendurchmesser $D{max}$ und $D_{min}$ gemessen. Abbildung 112 zeigt die prinzipielle Form einer solchen Kapillarwelle mit ihren für die theoretische Betrachtung kennzeichnenden Größen.

PLATZHALTER ABBILDUNG 112: Sinusförmige Fadeneinschnürungen mit der Wellenlänge λ der max. und der min. Amplitude Dmax und Dmin, und dem Anfangsfadendurchmesser D0

Die Grenzflächenspannung $γ_{12}$ ist dann eine Funktion der Amplitudenwachstumsrate $q$, der dimensionslosen Wachstumsrate $Ω$, der Matrixviskosität $η_c$ sowie des Fadenaußendurchmessers $D_0$ und ergibt sich zu:

$$γ_{12} = \frac {q \cdot η_c \cdot D_0}{Ω(p,X)}$$

Die Amplitudenwachstumsrate $q$ kann aus der Steigung $S$ der relativen Amplitude $log (2 \cdot α_s / D_0)$ über der Zeit $t$ bestimmt werden (Abbildung 113):

$$q = S \cdot ln 10$$

PLATZHALTER ABBILDUNG 113: Verlauf der relativen Amplitude über der Zeit t für ein PPT/B4 - und ein PPH/B3 -Blend bei 260 °C

Für die Schwingungsamplitude gilt hierbei:

$$α_s = \frac {D_{max} - D_{min}}{4}$$

Zur Berechnung der Grenzflächenspannung $γ_{12}$ wird in dieser Arbeit die dimensionslose Wachstumsrate $Ω(p,X)$ verwendet. Hierin gelten für das Viskositätsverhältnis:

$$p = \frac {η_d}{η_c}$$

und für die Wellenzahl, die experimentell gemessen wird:

$$X= \frac {π \cdot D_0}{λ}$$

In Abbildung 114 ist der Verlauf