Dynamik von Polymerschmelzen und Quellverhalten ungeordneter Netzwerke

Deutsch:Mit Hilfe eines parallelen Molekulardynamik-Programmswurden einfach Modelle von Homopolymerschmelzen simuliert.Langkettige Schmelzen zeigten eine sehr gute Übereinstimmungmit den Vorhersagendes Reptationsmodells. Die intermediären Reptationsbereichemit den vorhergesagtenExponenten konnten wesentlich klarer als bisher verifiziertwerden. Es stellteVerschiedene, gebräuchliche Analyse-Methoden führten jedochzuunterschiedlichen Aussagen für die Verhakungslänge. Fürkurze Kettenbzw. kurze Unterketten wurden in dichten Schmelzendie Abweichungen vom Rouse-Modell aufgezeigt. DieseAbweichungenkönnen als Korrelationslocheffekt interpretiert werden undsteht in teilweiser Übereinstimmung zu den Vorhersagenrenormierter Rouse-Modelle. Aus den Schmelzen wurden Netzwerke in einem speziellenZufallsvernetzungsprozeßhergestellt, der die Bildung von Defektstrukturenunterbindet. Diesewurden bzgl. ihres Quell- und Deformationsverhaltenuntersucht. Der maximaleQuellgrad eines Netzwerkes war bereits bei verhaltnismäßigkurzen Kettenlängenverhakungslimitiert. Die Struktur der Ketten in einem biszum osmotischenGleichgewicht gequollenen Netzwerk unterhalb derMaschengröße ist die überstreckter,selbstvermeidender Ketten mit einer Fraktaldimension von D =1.4,jenseits der Maschengröße (bzw. Verhakungslänge) nehmen siedie Struktur einesIrrfluges an (D = 2). Gequollene Netzwerke zeigten, wie auch in Experimenten, einestarkeZunahme von Dichtefluktuationen, welche unter Verstreckunganisotropwurde und in der Streufunktion zu sogenanntenButterfly-Mustern führt.Diese Fluktuationen sind statischer Natur als Folge desEinfrierenseines ungeordneten Zustandes während der Vernetzung.

English:Simulation results for simple models of homopolymer meltsgenerated with a newly developed parallel molecular dynamicsprogram are presented. Long chains showed a good agreementwith the established reptation model. The regime of localreptation with its associated dynamical exponents wasverified with remarkable clarity. However differentestablished methods for measuring the entanglement lengthyield different answers.Short chains or sub-chains showed deviations from thestandardRouse picture which can be explained by a correlation holeeffectand were in partial agreement with renormalized Rousemodels. The melt systems were crosslinked in a special simulatedprocesswhich eleminated defect structures completely. Thesenetworkswere swollen and uni-axially stretched. The maximum swellingdegree of such neutral networks in good solvent is limitedby entanglements. The chain structure below the entanglementlength in such network is that of self-avoiding walks butwith a fractal dimension of D = 1.4. Above the entanglementlength the chains become gaussian. In the swollen networks density fluctuations were stronglyenhanced and under additional uniaxial stretching showedbutterfly patterns in the total structure factor as was seenby many experiments. These flucatuations are static andare to be viewed as a consequence of the disorder of thecrosslinking process.