MnFe2O4 Hybridmaterialien als Grundlage für Magnetisch-Aktive Elastomere (MAE)

Abstract

Unerwünschte Schwingungen, die in einer Vielzahl technischer Systeme auftreten, wie bei Fahrzeugen, Maschinen, Antriebsaggregaten, Brücken oder erdbebenbedingt bei Hochhäusern, werden nach dem Stand der Technik vermindert, indem über elastische oder viskoelastische Elemente eine Entkopplung oder eine Tilgung erreicht oder die Werkstoffdämpfung genutzt wird. Bei Elastomerbauteilen hängt der Erfolg der Schwingungsreduzierung wesentlich von der Zusammensetzung der Elastomere wie auch von der Konstruktion des Dämpfungselementes ab. Die eingesetzten passiven Dämpfungssysteme haben den entscheidenden Nachteil, lediglich in eng begrenzten Frequenzbändern ihre Funktion zu erfüllen, wobei außerhalb dieser Frequenzbänder deutliche Abstriche in der Funktion in Kauf genommen werden müssen. Da jedoch überwiegend wechselnde Betriebs- bzw. Schwingungserregungsbedingungen auftreten, kommt der Entwicklung einer sensorischen Erfassung der Schwingungserregung, als auch der kontinuierlich schaltbaren Adaption der schwingungsreduzierenden Systeme höchste Bedeutung zu. Kernziel der Arbeit ist die Entwicklung von Systemen zur Sensorik von Schwingungs- und Verformungsprozessen sowie von adaptiven Systemen zur Schwingungsreduktion auf der Grundlage maßgeschneiderter, funktionaler Elastomere mit orientiert eingebetteten magnetischen Mikro- und Nanopartikeln. Dabei wurden magnetisch aktive Kompositmatrizen, unter anderem mit anisotropen Eigenschaften entwickelt in dem in ein Elastomersystem anorganische Partikel eingebunden wurden. Die Entwicklung neuartiger Magnetisch-Aktiver Elastomere (MAE) mit anisotropen Materialeigenschaften wird angestrebt. Um eine gute Verträglichkeit der Partikel mit der Polymermatrix sicherzustellen und die ausgeprägte Agglomerationstendenz zu unterdrücken, wurden verschiedene Methoden zur Oberflächenfunktionalisierung der magnetischen Materialien untersucht. Dies umfasst unter anderen das „grafting from“ Verfahren mittels Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP), welches besonders gut geeignet ist, maßgeschneiderte Polymerstrukturen zu erzeugen. Zum Abschluss wurden die viskoelastische Eigenschaften der MAE im modulierbaren Magnetfeld untersucht. Mittels so hergestellten MAE wurden die mechanisch-dynamischen Eigenschaften via Modulation des äußeren Magnetfeldes aktiv gesteuert. Zusätzlich wurde der Einfluss der anisotrop ausgerichteten Partikel, innerhalb der elastomeren Matrix, auf den Schalteffekt, mittels viskoelastischer Untersuchungen erforscht.