Influence of rheological properties on the foaming behaviour of polypropylenes with different molecular structures

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss rheologischer Eigenschaften auf das Schäumverhalten von Polypropylenen unterschiedlicher molekularer Struktur untersucht. Die Analyse der molekularen Struktur der Polypropylene wurde mittels Hochtemperatur-Gelpermeationschromatographie mit gekoppelter Lichtstreuung und über rheologische Methoden wie der Molmassenabhängigkeit der Nullviskosität durchgeführt. Der Schwerpunkt der rheologischen Charakterisierung der Polypropylene lag in der Untersuchung der Dehnverfestigung und des Bruchverhaltens in uniaxialer Dehnung. Für alle untersuchten linearen Polypropylene trat ein Versagen der Proben durch Einschnüren und anschließendes Reißen auf. Es wurde eine Zunahme der Bruchspannung und der Bruchdehnung der linearen Polypropylene mit ansteigender Molmasse festgestellt, die mit einer Vergrößerung des erreichbaren Aufschäumgrades in den Schaumexperimenten einhergeht. Neben den linearen Polypropylene wurden verschiedene hochschmelzefeste Polypropylene untersucht. Die stark ausgeprägte Dehnverfestigung dieser Polypropylene führt zum einen zu einer höheren Schmelzefestigkeit und zum anderen zu einer homogeneren Deformation der Schmelze unter einer Dehnbeanspruchung und somit zu hohen Bruchdehnungen. In einigen Fällen konnte bis zum Erreichen der maximalen untersuchbaren Dehnung kein Versagen der Proben beobachtet werden. Aufgrund der ausgezeichneten Homogenität der Verformung, weisen die Schäume der Polypropylene mit einer ausgeprägten Dehnverfestigung bei den für das Schäumen relevanten Dehngeschwindigkeiten deutlich höhere Aufschäumgrade als lineare Polypropylene vergleichbarer Schmelzefestigkeit auf. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass das Aufschäumverhalten von Polypropylen nicht in erster Linie von der molekularen Struktur, sondern von den aufgrund der molekularen Struktur resultierenden rheologischen Eigenschaften unter Dehnbeanspruchung abhängig ist. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass unterschiedliche molekulare Strukturen, die zu vergleichbaren dehnrheologischen Eigenschaften der Schmelze führen auch ein ähnliches Schäumverhalten der Polypropylene bewirken.This paper investigates how rheological properties of polypropylenes with different molecular structures influence their foaming behavior. The molecular structure of the different polypropylenes is analyzed by size exclusion chromatography coupled with a light scattering detector and by rheological means like the molar mass dependence of the zero shear-rate viscosity. The main focus of the rheological experiments is laid on the strain hardening and failure behavior of the melts in uniaxial elongational flow. For all linear polypropylenes investigated a rupture of samples occurred before the maximum strain accessible with the instrument used was achieved. However, for the linear polypropylenes a growth of the stress to rupture and the elongation at break were found with increasing molar mass, which go along with an increase of the expansion ratio in the foaming experiments. Besides the linear polypropylenes which do not show strain hardening several so-called high melt strength polypropylenes were investigated. It was found that the strain hardening of those polypropylenes causes not only a high melt strength, but also a more uniform sample deformation in the elongational experiments and thus high elongations at break or even no rupture of the samples. Due to the superior homogeneity of deformation, the foams of polypropylenes which show pronounced strain hardening at the strain rates relevant for foaming possess higher expansion ratios than linear samples of the same melt strength. Furthermore, it was found that the foaming behavior of the polypropylenes is governed by the elongational behavior of the melts independently of the molecular topography which is responsible for it. This means, that different molecular structures which cause a similar elongational behavior of the melt lead to a comparable foaming behavior