Entwicklung und Charakterisierung thermoplastisch gebundener Spritzgusslotformteile
Final Report Abstract
Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurden Komposite aus mit Nickelbasis-Lotpulvern gefüllten Polyolefinen für die Herstellung von Lotformteilen mittels konventionellem Spritzgussverfahren entwickelt, die thermochemischen, rheologischen und mechanischen Eigenschaften der Komposite als Funktion des Füllgrads bestimmt und die für die Spritzgussverarbeitung notwendigen Prozessparameter ermittelt. Als geeignete Polymere wurden das Low Density Polyethylen (LD-PE), das High Density Polyethylen (HD-PE) sowie das Polypropylen (PP) identifiziert. Es konnte nachgewiesen werden, dass hieraus hergestellte Komposite alle wesentlichen Voraussetzungen für die Anwendung als spritzgegossene Lotformteile erfüllen: 1. Verarbeitbarkeit der Komposite im Spritzgießprozess bereits bei Polymeranteilen von 6 und 7 Gew.-%, was einem Partikelfüllgrad von bis zu 94 Gew.-% (65 Vol.-%) entspricht 2. Hohe Maßhaltigkeit resp. geringe Fertigungstoleranzen der spritzgegossenen Komponenten 3. Sehr gute Formstabilität und Festigkeit der Formteile bei moderaten Temperaturen (<50°C) 4. Rückstandsfreie Zersetzung der Polymere bei Temperaturen unterhalb von 500°C unter lötprozesstypischen Schutzgasen (Stickstoff, Wasserstoff, Argon) Durch die Herstellung von O-ringförmigen Lotformteilen mit anwendungsrelevanten Abmessungen konnte zudem nachgewiesen werden, dass das Kunststoffspritzgießen grundsätzlich als serientaugliches Produktionsverfahren für Lotformteile geeignet ist. Die löttechnischen Eigenschaften der hergestellten Lotformteile wurden sowohl in einem Schutzgasdurchlaufofen als auch durch Induktionslöten unter Schutzgas getestet, wobei für die verwendeten Nickelbasislote typische Lötaufgaben (Löten von Edelstählen) simuliert wurden. Die hierbei gewählten Prozessbedingungen waren vergleichbar mit Lötprozessen, die bei der Verarbeitung konventioneller Lotapplikationsverfahren für pulverförmige Nickellote (lösungsmittelbasierte Lotpasten) gewählt werden. Es konnte hierbei gezeigt werden, dass der Lötprozess durch den thermoplastischen Binder der Lotformteile nicht nachteilig beeinflusst wird. Die mit den spritzgegossenen Lotformteilen erzielten Lötergebnisse sind von gleicher Qualität wie sie bei Verwendung von Lotpasten erreicht werden, ohne dass Veränderungen an der Lötprozessführung notwendig wären. Somit konnte die Serientauglichkeit von spritzgegossenen Lotformteilen auch im Hinblick auf die Lötprozesse nachgewiesen werden. Über die Ergebnisse des Vorhabens wurden umfassend in verschiedenen Publikationsorganen berichtet.
Publications
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Characterization, simulation and injection molding of polymer bonded braze metal composite applicable for braze preforms. Tagungsband: Twenty first annual international conference on composites/nano engineering (ICCE-21), Santa Cruz, Teneriffa, Spanien, Juli 2013
Kirchberg, S.
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Injection molding and application of ring-shaped polymer-bonded braze metal preforms. Tagungsband: Design of/with composites, Composites Week @ Leuven, Leuven (Belgien), September 2013
Kirchberg, S.; Holländer, U.; Möhwald, K.; Ziegmann, G.; Bach, F.-W.
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Injection molding – characterization and application of polymer bonded nickel based braze metal preforms for high temperature brazing processes. Proceedings of 10th International Conference on Brazing, High Temperature Brazing and Diffusion Brazing, Aachen, Juni 2013, S. 11-16, 2013
Holländer, U.; Bach, Fr.-W.; Möhwald, K.; Kirchberg, S.; Ziegmann, G.
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Processing and characterization of injection moldable polymer-particle composites applicable in brazing processes. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 129(4), S. 1669-1677, 2013
Kirchberg, S.; Holländer, U.; Möhwald, K.; Ziegmann, G.; Bach, F.-W.
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Simulation and Injection Molding of Ring-Shaped Polymer Bonded Nickel Braze Metal Composite Preforms based on Rheological and Thermal Analyses. Open Journal of Composite Materials, Vol. 3(2), S. 24-29, 2013
Kirchberg, S.
