Im Rahmen des VIB-PEX-Projektes wurde die Eignung des Vibrationsschweißens zum Fügen von vernetztem Polyethylen (PE-X) untersucht. Hierfür wurden lineare Vibrations- (VIB) und Heizelementschweißversuche (HS) an PE-Xc-Platten mit 30 und 60 % Vernetzungsgrad sowie Zirkularschweißversuche an PE-Xa-Rohren mit 80 % und an PE-Xc-Rohren mit 60 % Vernetzungsgrad durchgeführt. Die hergestellten Verbindungen wurden Kurzzeit-Zugversuchen, Zeitstandzugversuchen und einer umfassenden optischen wie auch analytischen Untersuchung unterzogen. Die Rohrschweißungen wurden zusätzlich bei Zeitstandinnendruckbelastung geprüft. Nahezu alle Schweißverbindungen wiesen Kurzzeitschweißfaktoren von über 0,9 auf. Die Standzeiten der Platten- und Roh-schweißungen lagen für die Vernetzungsgrade von 60 und 80 % in fast allen Fällen unter 60 h. Die VIB-Platten-Verbindungen erreichten hierbei signifikant höhere Standzeiten als die HS-Platten-Verbindungen. Für den Vernetzungsgrad von 30 % wurden insbesondere für die VIB-Verbindungen mitunter Standzeiten von über 60 h ermittelt. Die Standzeiten der Rohrschweißungen bei Innendruckbelastung lagen stets unter 30 h. Damit konnte für keine Schweißung die für die Gas- und Wasserversorgungsnetze geforderte Langzeitstabilität nachgewiesen werden. Die analytische Betrachtung der Schweißnähte zeigt anhand von Mikroskopie und Relaxationsversuchen, dass beim Schweißprozess ein komplexer Spannungszustand in dem erwärmten und unter Druck erkaltetem PE-X eingefroren wird. Die Ausprägung des Spannungszustands nimmt unabhängig vom Schweißverfahren mit dem Fügedruck zu und reduziert die Standzeit bei statischer Langzeitbelastung.
Aktualisiert: 2023-06-28
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Im Rahmen des VIB-PEX-Projektes wurde die Eignung des Vibrationsschweißens zum Fügen von vernetztem Polyethylen (PE-X) untersucht. Hierfür wurden lineare Vibrations- (VIB) und Heizelementschweißversuche (HS) an PE-Xc-Platten mit 30 und 60 % Vernetzungsgrad sowie Zirkularschweißversuche an PE-Xa-Rohren mit 80 % und an PE-Xc-Rohren mit 60 % Vernetzungsgrad durchgeführt. Die hergestellten Verbindungen wurden Kurzzeit-Zugversuchen, Zeitstandzugversuchen und einer umfassenden optischen wie auch analytischen Untersuchung unterzogen. Die Rohrschweißungen wurden zusätzlich bei Zeitstandinnendruckbelastung geprüft. Nahezu alle Schweißverbindungen wiesen Kurzzeitschweißfaktoren von über 0,9 auf. Die Standzeiten der Platten- und Roh-schweißungen lagen für die Vernetzungsgrade von 60 und 80 % in fast allen Fällen unter 60 h. Die VIB-Platten-Verbindungen erreichten hierbei signifikant höhere Standzeiten als die HS-Platten-Verbindungen. Für den Vernetzungsgrad von 30 % wurden insbesondere für die VIB-Verbindungen mitunter Standzeiten von über 60 h ermittelt. Die Standzeiten der Rohrschweißungen bei Innendruckbelastung lagen stets unter 30 h. Damit konnte für keine Schweißung die für die Gas- und Wasserversorgungsnetze geforderte Langzeitstabilität nachgewiesen werden. Die analytische Betrachtung der Schweißnähte zeigt anhand von Mikroskopie und Relaxationsversuchen, dass beim Schweißprozess ein komplexer Spannungszustand in dem erwärmten und unter Druck erkaltetem PE-X eingefroren wird. Die Ausprägung des Spannungszustands nimmt unabhängig vom Schweißverfahren mit dem Fügedruck zu und reduziert die Standzeit bei statischer Langzeitbelastung.
Aktualisiert: 2023-06-28
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Im Rahmen des VIB-PEX-Projektes wurde die Eignung des Vibrationsschweißens zum Fügen von vernetztem Polyethylen (PE-X) untersucht. Hierfür wurden lineare Vibrations- (VIB) und Heizelementschweißversuche (HS) an PE-Xc-Platten mit 30 und 60 % Vernetzungsgrad sowie Zirkularschweißversuche an PE-Xa-Rohren mit 80 % und an PE-Xc-Rohren mit 60 % Vernetzungsgrad durchgeführt. Die hergestellten Verbindungen wurden Kurzzeit-Zugversuchen, Zeitstandzugversuchen und einer umfassenden optischen wie auch analytischen Untersuchung unterzogen. Die Rohrschweißungen wurden zusätzlich bei Zeitstandinnendruckbelastung geprüft. Nahezu alle Schweißverbindungen wiesen Kurzzeitschweißfaktoren von über 0,9 auf. Die Standzeiten der Platten- und Roh-schweißungen lagen für die Vernetzungsgrade von 60 und 80 % in fast allen Fällen unter 60 h. Die VIB-Platten-Verbindungen erreichten hierbei signifikant höhere Standzeiten als die HS-Platten-Verbindungen. Für den Vernetzungsgrad von 30 % wurden insbesondere für die VIB-Verbindungen mitunter Standzeiten von über 60 h ermittelt. Die Standzeiten der Rohrschweißungen bei Innendruckbelastung lagen stets unter 30 h. Damit konnte für keine Schweißung die für die Gas- und Wasserversorgungsnetze geforderte Langzeitstabilität nachgewiesen werden. Die analytische Betrachtung der Schweißnähte zeigt anhand von Mikroskopie und Relaxationsversuchen, dass beim Schweißprozess ein komplexer Spannungszustand in dem erwärmten und unter Druck erkaltetem PE-X eingefroren wird. Die Ausprägung des Spannungszustands nimmt unabhängig vom Schweißverfahren mit dem Fügedruck zu und reduziert die Standzeit bei statischer Langzeitbelastung.
Aktualisiert: 2023-06-28
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Aktualisiert: 2023-06-28
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Im Rahmen des VIB-PEX-Projektes wurde die Eignung des Vibrationsschweißens zum Fügen von vernetztem Polyethylen (PE-X) untersucht. Hierfür wurden lineare Vibrations- (VIB) und Heizelementschweißversuche (HS) an PE-Xc-Platten mit 30 und 60 % Vernetzungsgrad sowie Zirkularschweißversuche an PE-Xa-Rohren mit 80 % und an PE-Xc-Rohren mit 60 % Vernetzungsgrad durchgeführt. Die hergestellten Verbindungen wurden Kurzzeit-Zugversuchen, Zeitstandzugversuchen und einer umfassenden optischen wie auch analytischen Untersuchung unterzogen. Die Rohrschweißungen wurden zusätzlich bei Zeitstandinnendruckbelastung geprüft. Nahezu alle Schweißverbindungen wiesen Kurzzeitschweißfaktoren von über 0,9 auf. Die Standzeiten der Platten- und Roh-schweißungen lagen für die Vernetzungsgrade von 60 und 80 % in fast allen Fällen unter 60 h. Die VIB-Platten-Verbindungen erreichten hierbei signifikant höhere Standzeiten als die HS-Platten-Verbindungen. Für den Vernetzungsgrad von 30 % wurden insbesondere für die VIB-Verbindungen mitunter Standzeiten von über 60 h ermittelt. Die Standzeiten der Rohrschweißungen bei Innendruckbelastung lagen stets unter 30 h. Damit konnte für keine Schweißung die für die Gas- und Wasserversorgungsnetze geforderte Langzeitstabilität nachgewiesen werden. Die analytische Betrachtung der Schweißnähte zeigt anhand von Mikroskopie und Relaxationsversuchen, dass beim Schweißprozess ein komplexer Spannungszustand in dem erwärmten und unter Druck erkaltetem PE-X eingefroren wird. Die Ausprägung des Spannungszustands nimmt unabhängig vom Schweißverfahren mit dem Fügedruck zu und reduziert die Standzeit bei statischer Langzeitbelastung.
Aktualisiert: 2023-06-28
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Durch Vernetzen können die Materialeigenschaften von Standardthermoplasten gezielt und kostengünstig verbessert werden. Bekanntestes Beispiel sind Rohre oder Implantatbauteile aus vernetztem Polyethylen (PE-X). Ebenso vernetzen Duroplaste bzw. Klebstoffe während der Aushärtung. Der Vernetzungs- bzw. Aushärtegrad ist hierbei die zentrale Qualitätskennzahl. Bis dato wird dieser – insbesondere bei PE-X – stichprobenartig zerstörend und zeitaufwändig im Labor geprüft. Von industrieller Seite besteht ein großer Wunsch nach alternativen Verfahren.
Eine vielversprechende, aber in der kunststoffverarbeitenden Industrie bisher nicht berücksichtige Möglichkeit zur schnelleren Vernetzungsgradbestimmung direkt am Bauteil bieten optische Verfahren auf Basis absoluter Methoden. Damit können Änderungen in Streu- und Absorptionsverhalten der untersuchten Kunststoffe beim Vernetzen/Aushärten getrennt betrachtet werden.
In dieser Forschungsarbeit wurden hierzu eine Ulbrichtkugel, die Streifenprojektion, die Raman-Spektroskopie und die kollimierte Transmission eingesetzt. Untersucht wurden unterschiedlich vernetzte PE-X-Proben und diverse 2K-Harze bzw. -Klebstoffe. Als Referenz dienten etablierte Standard-Labormethoden.
Im Projektrahmen konnte ein Zusammenhang zwischen Vernetzungs- bzw. Aushärtegrad und den Streu- und Absorptionskoeffizienten aufgezeigt werden. Zum verbesserten Ergebnistransfer wurde ein Ulbrichtkugel-Demonstrator aufgebaut. Die Änderung bei der Aushärtung von Duroplasten ist mit dem Demonstrator und mittels Raman-Spektroskopie gut messbar. Von den Forschungsergebnissen können v. a. Anwender und Hersteller von vernetzten Produkten sowie Anbieter optischer Messsysteme – und somit insgesamt zahlreiche kmU – profitieren.
Aktualisiert: 2022-12-22
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Der Vernetzungsgrad von Klebstoffen und strahlenvernetzter Kunststoffformteile beeinflusst zahlreiche Materialeigenschaften und ist von essenzieller Bedeutung für die Funktionalität von Klebeverbindungen und die Beständigkeit medizinischer Implantate.
Die zerstörungsfreie Prüfung dieser Qualitätsgröße ist von großem industriellem Interesse, aber noch nicht Stand der Technik. Die unilaterale Kernspinresonanz (uNMR) ist ein vielversprechendes Verfahren zur Lösung dieser Problematik.
In diesem Buch wird die nicht-invasive Vernetzungsgradprüfung von strahlenvernetztem UHMWPE und verschiedenen Klebstoffen mittels uNMR demonstriert. Auf Basis der guten Korrelation mit praxisrelevanten Referenzmethoden (thermisch, rheologisch, dielektrisch) wurden Vergleichsmodelle entwickelt, welche Anwendern von Klebstoffen und vernetzten Kunststoffformteilen den Einsatz der uNMR zur zerstörungsfreien Qualitätssicherung ermöglichen.
Aktualisiert: 2022-03-03
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In den letzten beiden Jahren wurde am SKZ intensiv am Einsatz unilateraler Kernspinresonanz (NMR) zur Messung des Vernetzungsgrades geforscht. Die Ergebnisse zeigen den Weg zu einer vielversprechenden Serienanwendung für die Vernetzungsgradprüfung unterschiedlicher Materialsysteme.
Das Vernetzen von Standardthermoplasten wird zur gezielten und kostengünstigen Eigenschaftsverbesserung eingesetzt. In der Gesamtheit der vernetzten Werkstoffe besitzt vernetztes Polyethylen (PE-X) aktuell den größten Marktanteil. Zudem wach-sen die Märkte für Materialien auf Harzbasis stetig (z. B. Faserverbundwerkstoffe und Klebstoffe). Der Vernetzungsgrad stellt dabei die wichtigste Kenngröße für die Qualität von PE-X dar. Er ist vergleichbar mit dem Aushärtegrad eines Harzes oder Klebstoffes. Obwohl die Verarbeitungszeit bei der Herstellung von vernetzten Polymeren kontinuierlich sinkt, wird der Vernetzungs- bzw. Aushärtegrad nach wie vor im Labor mit herkömmlichen Standardverfahren, z. B. nasschemisch nach DIN EN ISO 10147, bestimmt. Die sehr langen Messzeiten von bis zu 12 Stunden für ein quantitatives Ergebnis und der zerstörende Charakter dieser Standardtestverfahren ermöglichen dabei keine hundertprozentige Prozess- bzw. Produktüberwachung.
Eine innovative Möglichkeit für eine schnellere und zerstörungsfreie Prüfung bieten NMR-Messsysteme mit einseitigem Probenzugang. Durch speziell angeordnete Magnete und angepasste Hochfrequenz-Resonatoren kann der Vernetzungs- bzw. Aushärtegrad berührungslos in verschiedenen Tiefenebenen von Probekörpern gemessen werden. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens konnte die Vernetzungsgradbestimmung von PE-X mittels NMR erfolgreich nachgewiesen werden.
Aktualisiert: 2021-12-20
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