Thermisch-mechanische Analyse für Kunststoffe
Final Report Abstract
Das zweijährige IGF-Vorhaben der AiF „Strahlungserwärmung beim Kunststoffschweißen mit Infrarotstrahlung" thematisierte die vielfältigen Einflüsse auf das Erwärm- und Aufschmelzverhalten von Kunststoffen bei Bestrahlung mit infrarotem Licht. Die Strahler-Werkstoff-Wechselwirkung stand im Fokus, um das Prozessverständnis beim IR-Schweißen zu erhöhen. Das geschah mit dem Ziel, die Auslegungs- und Projektierungsphase für einen Industrieprozess zu verkürzen, Kosten zu sparen und gleichzeitig das Marktvertrauen in IR-Schweißtechnik zu erhöhen. Zur erfolgreichen Bearbeitung des Forschungsvorhabens haben die Geräte der Thermoanalyse entscheidend beigetragen. Es konnte eine Abhängigkeit der Schweißnahteigenschaften von den thermisch-rheologischen Bedingungen beim Fügen nachgewiesen werden. Darunter sind die thermooxidative Werkstoffschädigung und die Schmelzeviskosität zusammen zu fassen. Beide Faktoren setzen an den Fließbedingungen beim Fügen an und beeinflussen die Fließgeschwindigkeit sowie die Kühlkinetik Im Schweißnahtbereich. Verallgemeinert sind darunter die werkstofflichen Randbedingungen zu sehen. Für sehr gute Schweißnahteigenschaften ist eine Werkstoffschädigung abzuwenden. Als Indiz für zu hohe Prozesstemperaturen und drohende Werkstoffschädigung kann starke Rauchentwicklung gesehen werden, einhergehend mit einer Abnahme der Oxidations-lnduktionszeit von Proben der bestrahlten Kunststoffoberfläche. Eine DSC-Messung von oberflächennahen Proben schafft diesbezüglich Klarheit. Die thermische Werkstoffschädigung kann durch eine Reduktion der Strahlungsintensität auf dem Substrat gemindert werden. Die oxidative Werkstoffbelastung und -Schädigung kann durch Schutzgase unterbunden werden. Darüber hinaus dienen die Methoden der Thermoanalyse bei sämtlichen Forschungsvorhaben und Industrieaufträgen dazu, die Versuchswerkstoffe zu charakterisieren und Veränderungen bei der Verarbeitung oder dem Einsatz zu detektieren. Die Thermoanalyse gibt einen Einblick in den Zustand des Werkstoffs vor und nach der Verarbeitung und hilft damit dabei, die Verarbeitungsprozesse zu optimieren. Des Weiteren sind die thermoanalytischen Geräte besonders wertvoll bei der Aufklärung von Schadensfällen an Bauteilen im Einsatz. Um der jeweiligen Fragestellung phänomenologisch auf den Grund zu gehen, werden meist mehrere thermoanalytische Methoden kombiniert und durch lichtmikroskopische Analysen sowie mechanische Prüfungen ergänzt. Dieses Vorgehen besitzt synergistischen Charakter und ermöglicht eine weltgehende Aufklärung der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen im ingenieurwissenschaftlichen Forschungsumfeld der Kunststofftechnik.
Publications
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- Strahlungserwärmung beim Kunststoffschweißen mit Infrarotstrahlung. Sitzung des FA11 vom DVS, Düsseldorf, 20.09.2011
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- Werkstoffkennwertbestimmung an langglasfaserverstärkten duroplastischen Formmassen. Tagungsband zum 18. Symposium Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbünde, Chemnitz, Eigenverlag, 2011, XIII, S. 221, ISBN: 978-3-00033801-4
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- Prozesstemperaturen beim Infrarotschweißen in Abhängigkeit der Strahler-Werkstoff-Kombination. 2. Infrarot Konferenz, Hamburg, 21.-22.06.2012
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