Thesis - Tumb1.biblio.tu-muenchen.de - Technische Universität ...

welchen Größenordnungen eine Wechselwirkung der Defekte untereinander einsetzt
und wie diese von der Defektgeometrie, der Schichtdicke und der Defekthäufigkeit
abhängt.
Zusammenfassung 150__________________________________________________________8 Seite
Durch die Simulation eines großen Bereichs an verschiedenen Polymerschichtdicken,
Defektgrößen und -häufigkeiten konnte eine Näherungsformel aufgestellt werden, die
eine theoretische Vorhersage der Permeationsrate auf Basis experimentell ermittelter
Defektdaten ermöglicht. Die Gültigkeit der Formel deckt dabei den typischen in der
industriellen Bedampfung auftretenden Defektgrößen- und -häufigkeitsbereich ab bzw.
geht sogar noch deutlich darüber hinaus. Anhand eigener Messdaten wurde diese Formel
überprüft. Es zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung mit experimentell bestimmten
Gasdurchlässigkeiten.
Im Fall der Wasserdampfpermeation waren jedoch deutliche Unterschiede zu
beobachten. Um diese Abweichung zu analysieren, wurden die aufgedampften
Schichten bezüglich ihres mikroskopischen Aufbaus mit
Transmissionelektronenmikroskopie untersucht. Es zeigte sich, dass die
Aluminiumschichten auf Polypropylen polykristallin sind und die Korngröße
entscheidend von den Bedampfungsbedingungen abhängt. Als optimal in Hinblick auf
die Permeationsbarriere erwiesen sich dicke, bei hohen Verdampfungsraten
abgeschiedene Aluminiumschichten. Auf Polypropylen konnte keine
Vorzugsorientierung festgestellt werden.
Die AFM- und TEM-Untersuchungen gaben Hinweise auf Korngrenzen als mögliche
zusätzliche Transportwege. Um diese These zu überprüfen, wurden mehrere
Quadratmeter Aluminiumschicht von bedampften Folien mit Lösemittel abgelöst. An
diesen wurden Stickstoff- und Wasserdampfadsorptionsmessungen durchgeführt. Aus
den berechneten BET-Oberflächen ergaben sich Hinweise, dass offenbar nur
Wasserdampf in die Korngrenzen eindringen kann. Gase wie Stickstoff dagegen nicht.
Messungen der Aktivierungsenergie der Sauerstoff-, Kohlendioxid- und
Wasserdampfpermeation an unbedampften und bedampften Folien gaben schließlich
einen weiteren Hinweis auf Korngrenzen als zusätzlichen Transportweg im Fall der
Wasserdampfpermeation.
Insgesamt ermöglichen die durchgeführten Untersuchungen eine gute Darstellung des
Permeationsmechanismus von einfachen Gasen sowie eine Vorhersage der zu
erwartenden Permeationsraten bei Kenntnis der Defektgrößenverteilung. Im Fall des
Wasserdampfs scheint neben der defektdominierten Permeation noch ein weiterer
Transportmechanismus aufzutreten. Die Untersuchungen deuten hier in Richtung des
Stofftransports entlang der Korngrenzen in der Aluminiumschicht.