Thermoplastische Ummantelung pultrudierter Profile durch inline-Extrusion

Thermoplastische Ummantelung pultrudierter Profile durch inline-Extrusion von Schneider,  Peter
Ressourcenschonende Leichtbaulösungen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) sind eine Möglichkeit, um der Verknappung von Ressourcen und den zunehmend negativen Auswirkungen der menschlichen Aktivitäten auf die Natur zu begegnen. Hierfür werden allerdings wirtschaftliche, großserientaugliche, reproduzierbare Fertigungsprozesse für FVK benötigt. Die Pultrusion als kontinuierliches, weitgehend automatisiertes Fertigungsverfahren für profilförmige FVK-Bauteile hat unter diesen Gesichtspunkten hohes Potenzial. Gleichzeitig bestehen bei der Pultrusion Defizite hinsichtlich des Prozessverständnisses, welches insbesondere notwendig ist, um hochreaktive, hochproduktive Polyurethan- (PUR) Matrices einzusetzen. Ferner ist eine Erhöhung der Funktionalität der Profile hinsichtlich einer werkstoffgerechten Krafteinleitung, Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit wünschenswert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Defizite durch die inline-Applikation einer thermoplastischen Deckschicht zu kompensieren. Einerseits ist dadurch die Entkopplung des aushärtenden duroplastischen Harzsystems vom Pultrusionswerkzeug in verschiedenen Stadien der Aushärtung möglich, so dass eine differenzierte Betrachtung der entstehenden Abzugskraft als zentraler Prozessindikator möglich ist. Andererseits ist die Fertigung eines Hybrid-Profils mit thermoplastischer Deckschicht möglich, welche eine werkstoffgerechte, flächige Krafteinleitung durch Schweißen ermöglicht und die Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit verbessert. Für den Prozess werden zunächst geeignete Materialien ausgewählt, auf ihre Prozessfähigkeit geprüft und die prozessrelevanten Basisdaten ermittelt. Es werden Glasfasern, ein in der Pultrusion etabliertes PUR-Harzsystem sowie als Thermoplaste ein extrusionsüblicher PE-Typ sowie ein PA-Typ verwendet. Darauf aufbauend wird der Hybrid-Prozess realisiert, indem das PUR-Harzsystem in einem verkürzten Pultrusionswerkzeug einem Ummantelungswerkzeug zugeführt wird, wo es mit einer thermoplastischen Deckschicht ummantelt wird. Die Einstellung der zentralen Prozessparameter „Pultrusionstemperatur“ und „Abzugsgeschwindigkeit“ ermöglicht die Einstellung des Harzzustands zum Fügezeitpunkt. Die Prozessstabilität sowie die Fügequalität werden unter Variation der zentralen Prozessparameter untersucht und diskutiert. Hierüber werden Erkenntnisse über die Aushärtungscharakteristik, die Entstehung der Abzugskraft und das ideale Prozessfenster generiert. Abschließend wird demonstriert, dass die erzeugten Hybridprofile gegenüber üblichen Pultrudaten eine verbesserte Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit aufweisen.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Thermoplastische Ummantelung pultrudierter Profile durch inline-Extrusion

Thermoplastische Ummantelung pultrudierter Profile durch inline-Extrusion von Schneider,  Peter
Ressourcenschonende Leichtbaulösungen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) sind eine Möglichkeit, um der Verknappung von Ressourcen und den zunehmend negativen Auswirkungen der menschlichen Aktivitäten auf die Natur zu begegnen. Hierfür werden allerdings wirtschaftliche, großserientaugliche, reproduzierbare Fertigungsprozesse für FVK benötigt. Die Pultrusion als kontinuierliches, weitgehend automatisiertes Fertigungsverfahren für profilförmige FVK-Bauteile hat unter diesen Gesichtspunkten hohes Potenzial. Gleichzeitig bestehen bei der Pultrusion Defizite hinsichtlich des Prozessverständnisses, welches insbesondere notwendig ist, um hochreaktive, hochproduktive Polyurethan- (PUR) Matrices einzusetzen. Ferner ist eine Erhöhung der Funktionalität der Profile hinsichtlich einer werkstoffgerechten Krafteinleitung, Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit wünschenswert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Defizite durch die inline-Applikation einer thermoplastischen Deckschicht zu kompensieren. Einerseits ist dadurch die Entkopplung des aushärtenden duroplastischen Harzsystems vom Pultrusionswerkzeug in verschiedenen Stadien der Aushärtung möglich, so dass eine differenzierte Betrachtung der entstehenden Abzugskraft als zentraler Prozessindikator möglich ist. Andererseits ist die Fertigung eines Hybrid-Profils mit thermoplastischer Deckschicht möglich, welche eine werkstoffgerechte, flächige Krafteinleitung durch Schweißen ermöglicht und die Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit verbessert. Für den Prozess werden zunächst geeignete Materialien ausgewählt, auf ihre Prozessfähigkeit geprüft und die prozessrelevanten Basisdaten ermittelt. Es werden Glasfasern, ein in der Pultrusion etabliertes PUR-Harzsystem sowie als Thermoplaste ein extrusionsüblicher PE-Typ sowie ein PA-Typ verwendet. Darauf aufbauend wird der Hybrid-Prozess realisiert, indem das PUR-Harzsystem in einem verkürzten Pultrusionswerkzeug einem Ummantelungswerkzeug zugeführt wird, wo es mit einer thermoplastischen Deckschicht ummantelt wird. Die Einstellung der zentralen Prozessparameter „Pultrusionstemperatur“ und „Abzugsgeschwindigkeit“ ermöglicht die Einstellung des Harzzustands zum Fügezeitpunkt. Die Prozessstabilität sowie die Fügequalität werden unter Variation der zentralen Prozessparameter untersucht und diskutiert. Hierüber werden Erkenntnisse über die Aushärtungscharakteristik, die Entstehung der Abzugskraft und das ideale Prozessfenster generiert. Abschließend wird demonstriert, dass die erzeugten Hybridprofile gegenüber üblichen Pultrudaten eine verbesserte Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit aufweisen.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Thermoplastische Ummantelung pultrudierter Profile durch inline-Extrusion

Thermoplastische Ummantelung pultrudierter Profile durch inline-Extrusion von Schneider,  Peter
Ressourcenschonende Leichtbaulösungen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) sind eine Möglichkeit, um der Verknappung von Ressourcen und den zunehmend negativen Auswirkungen der menschlichen Aktivitäten auf die Natur zu begegnen. Hierfür werden allerdings wirtschaftliche, großserientaugliche, reproduzierbare Fertigungsprozesse für FVK benötigt. Die Pultrusion als kontinuierliches, weitgehend automatisiertes Fertigungsverfahren für profilförmige FVK-Bauteile hat unter diesen Gesichtspunkten hohes Potenzial. Gleichzeitig bestehen bei der Pultrusion Defizite hinsichtlich des Prozessverständnisses, welches insbesondere notwendig ist, um hochreaktive, hochproduktive Polyurethan- (PUR) Matrices einzusetzen. Ferner ist eine Erhöhung der Funktionalität der Profile hinsichtlich einer werkstoffgerechten Krafteinleitung, Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit wünschenswert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Defizite durch die inline-Applikation einer thermoplastischen Deckschicht zu kompensieren. Einerseits ist dadurch die Entkopplung des aushärtenden duroplastischen Harzsystems vom Pultrusionswerkzeug in verschiedenen Stadien der Aushärtung möglich, so dass eine differenzierte Betrachtung der entstehenden Abzugskraft als zentraler Prozessindikator möglich ist. Andererseits ist die Fertigung eines Hybrid-Profils mit thermoplastischer Deckschicht möglich, welche eine werkstoffgerechte, flächige Krafteinleitung durch Schweißen ermöglicht und die Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit verbessert. Für den Prozess werden zunächst geeignete Materialien ausgewählt, auf ihre Prozessfähigkeit geprüft und die prozessrelevanten Basisdaten ermittelt. Es werden Glasfasern, ein in der Pultrusion etabliertes PUR-Harzsystem sowie als Thermoplaste ein extrusionsüblicher PE-Typ sowie ein PA-Typ verwendet. Darauf aufbauend wird der Hybrid-Prozess realisiert, indem das PUR-Harzsystem in einem verkürzten Pultrusionswerkzeug einem Ummantelungswerkzeug zugeführt wird, wo es mit einer thermoplastischen Deckschicht ummantelt wird. Die Einstellung der zentralen Prozessparameter „Pultrusionstemperatur“ und „Abzugsgeschwindigkeit“ ermöglicht die Einstellung des Harzzustands zum Fügezeitpunkt. Die Prozessstabilität sowie die Fügequalität werden unter Variation der zentralen Prozessparameter untersucht und diskutiert. Hierüber werden Erkenntnisse über die Aushärtungscharakteristik, die Entstehung der Abzugskraft und das ideale Prozessfenster generiert. Abschließend wird demonstriert, dass die erzeugten Hybridprofile gegenüber üblichen Pultrudaten eine verbesserte Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit aufweisen.
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Einfluss von Fertigungsparametern auf die Produkteigenschaften von Leichtbauteilen aus thermoplastischen endlosfaserverstärkten Tapes

Einfluss von Fertigungsparametern auf die Produkteigenschaften von Leichtbauteilen aus thermoplastischen endlosfaserverstärkten Tapes von Beste,  Christian
Endlosfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe (TP-FVK) vereinen hohe dichtebezogene mechanische Eigenschaften, können in kurzen Zykluszeiten vollautomatisiert verarbeitet werden und lassen sich nach ihrem Produktlebenszyklus werkstofflich rezyklieren. Bei lastpfadgerechter Positionierung in Bauteilen wird es möglich, die Materialeigenschaften von mit thermoplastischem Kunststoff vorimprägnierten unidirektionalen (UD) endlosfaserverstärkten Bändchen, sogenannten UD-Tapes, voll auszunutzen. UD-Tapes können mit kontinuierlich arbeitenden Verfahren mittels Schmelzeimprägnierung hergestellt werden. Die komplexen Vorgänge bei der Schmelzeimprägnierung werden bislang überwiegend anhand der Schmelzeimprägnierung eines einzelnen Rovings erarbeitet. Es besteht daher ein Bedarf an praxisnahen Untersuchungen, mit denen diese Zusammenhänge zwischen der UD-Tapeherstellung und den resultierenden UD-Tapeeigenschaften aufgeklärt werden. Zudem sind die Wirkzusammenhänge zwischen UD-Tape- und Laminateigenschaften entlang der Prozessketten bisher weitestgehend noch nicht beschrieben worden. Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Arbeit ein grundlegendes anlagen- und verfahrenstechnisches Wissen zur schmelzebasierten Herstellung von UD-Tapes zur Verfügung. Davon ausgehend werden die Wirkzusammenhänge zwischen den Eigenschaften von UD-Tapes und daraus hergestellten Laminaten beschrieben. Für die Untersuchungen werden Glasfasern und Polypropylen verwendet. Die Untersuchungen zur geometrischen Ausführung des Imprägnierwerkzeugs zeigen, dass die Zeit, zu der ein Imprägnierdruck im Schmelzefilm zwischen Faserband und Umlenkelement anliegt, durch eine steigende Anzahl an Umlenkungen erhöht werden kann. Dadurch werden geringere Luftporengehalte sowie eine gleichmäßigere Faserverteilung im UD-Tape erreicht. Ungleichmäßig gespreizte Rovings mit Gassen im Faserband führen zu einem ungleichmäßigen FVG über der UD-Tapebreite, deutlich höheren Luftporengehalten und einer gruppierten Faserverteilung im UD-Tape. Die Eigenschaften der Laminate, die mittels Kontaktheizverfahren hergestellt werden, werden besonders durch die Faserverteilung der UD-Tapes beeinflusst. Eine ungleichmäßige Faserverteilung im UD-Tape führt zu einer ungleichmäßigen Faserverteilung im Laminat. Der Luftporengehalt wird schon nach Heizzeiten von 60 s und einer Heiztemperatur von 200 °C von 2,6 % im UD-Tape auf 0,9 % im Laminat verringert. Bei der Laminatherstellung mittels automatisiertem laserunterstützten UD-Tapelegen entsprechen der Luftporengehalt und die Faserverteilung der Laminate dem der UD-Tapes. Somit müssen UD-Tapes, die mittels automatisiertem laserunterstützten UD-Tapelegen verarbeitet werden, höhere Anforderungen erfüllen als UD-Tapes, die mittels Kontaktheizverfahren verarbeitet werden.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Einfluss von Fertigungsparametern auf die Produkteigenschaften von Leichtbauteilen aus thermoplastischen endlosfaserverstärkten Tapes

Einfluss von Fertigungsparametern auf die Produkteigenschaften von Leichtbauteilen aus thermoplastischen endlosfaserverstärkten Tapes von Beste,  Christian
Endlosfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe (TP-FVK) vereinen hohe dichtebezogene mechanische Eigenschaften, können in kurzen Zykluszeiten vollautomatisiert verarbeitet werden und lassen sich nach ihrem Produktlebenszyklus werkstofflich rezyklieren. Bei lastpfadgerechter Positionierung in Bauteilen wird es möglich, die Materialeigenschaften von mit thermoplastischem Kunststoff vorimprägnierten unidirektionalen (UD) endlosfaserverstärkten Bändchen, sogenannten UD-Tapes, voll auszunutzen. UD-Tapes können mit kontinuierlich arbeitenden Verfahren mittels Schmelzeimprägnierung hergestellt werden. Die komplexen Vorgänge bei der Schmelzeimprägnierung werden bislang überwiegend anhand der Schmelzeimprägnierung eines einzelnen Rovings erarbeitet. Es besteht daher ein Bedarf an praxisnahen Untersuchungen, mit denen diese Zusammenhänge zwischen der UD-Tapeherstellung und den resultierenden UD-Tapeeigenschaften aufgeklärt werden. Zudem sind die Wirkzusammenhänge zwischen UD-Tape- und Laminateigenschaften entlang der Prozessketten bisher weitestgehend noch nicht beschrieben worden. Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Arbeit ein grundlegendes anlagen- und verfahrenstechnisches Wissen zur schmelzebasierten Herstellung von UD-Tapes zur Verfügung. Davon ausgehend werden die Wirkzusammenhänge zwischen den Eigenschaften von UD-Tapes und daraus hergestellten Laminaten beschrieben. Für die Untersuchungen werden Glasfasern und Polypropylen verwendet. Die Untersuchungen zur geometrischen Ausführung des Imprägnierwerkzeugs zeigen, dass die Zeit, zu der ein Imprägnierdruck im Schmelzefilm zwischen Faserband und Umlenkelement anliegt, durch eine steigende Anzahl an Umlenkungen erhöht werden kann. Dadurch werden geringere Luftporengehalte sowie eine gleichmäßigere Faserverteilung im UD-Tape erreicht. Ungleichmäßig gespreizte Rovings mit Gassen im Faserband führen zu einem ungleichmäßigen FVG über der UD-Tapebreite, deutlich höheren Luftporengehalten und einer gruppierten Faserverteilung im UD-Tape. Die Eigenschaften der Laminate, die mittels Kontaktheizverfahren hergestellt werden, werden besonders durch die Faserverteilung der UD-Tapes beeinflusst. Eine ungleichmäßige Faserverteilung im UD-Tape führt zu einer ungleichmäßigen Faserverteilung im Laminat. Der Luftporengehalt wird schon nach Heizzeiten von 60 s und einer Heiztemperatur von 200 °C von 2,6 % im UD-Tape auf 0,9 % im Laminat verringert. Bei der Laminatherstellung mittels automatisiertem laserunterstützten UD-Tapelegen entsprechen der Luftporengehalt und die Faserverteilung der Laminate dem der UD-Tapes. Somit müssen UD-Tapes, die mittels automatisiertem laserunterstützten UD-Tapelegen verarbeitet werden, höhere Anforderungen erfüllen als UD-Tapes, die mittels Kontaktheizverfahren verarbeitet werden.
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Einfluss von Fertigungsparametern auf die Produkteigenschaften von Leichtbauteilen aus thermoplastischen endlosfaserverstärkten Tapes

Einfluss von Fertigungsparametern auf die Produkteigenschaften von Leichtbauteilen aus thermoplastischen endlosfaserverstärkten Tapes von Beste,  Christian
Endlosfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe (TP-FVK) vereinen hohe dichtebezogene mechanische Eigenschaften, können in kurzen Zykluszeiten vollautomatisiert verarbeitet werden und lassen sich nach ihrem Produktlebenszyklus werkstofflich rezyklieren. Bei lastpfadgerechter Positionierung in Bauteilen wird es möglich, die Materialeigenschaften von mit thermoplastischem Kunststoff vorimprägnierten unidirektionalen (UD) endlosfaserverstärkten Bändchen, sogenannten UD-Tapes, voll auszunutzen. UD-Tapes können mit kontinuierlich arbeitenden Verfahren mittels Schmelzeimprägnierung hergestellt werden. Die komplexen Vorgänge bei der Schmelzeimprägnierung werden bislang überwiegend anhand der Schmelzeimprägnierung eines einzelnen Rovings erarbeitet. Es besteht daher ein Bedarf an praxisnahen Untersuchungen, mit denen diese Zusammenhänge zwischen der UD-Tapeherstellung und den resultierenden UD-Tapeeigenschaften aufgeklärt werden. Zudem sind die Wirkzusammenhänge zwischen UD-Tape- und Laminateigenschaften entlang der Prozessketten bisher weitestgehend noch nicht beschrieben worden. Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Arbeit ein grundlegendes anlagen- und verfahrenstechnisches Wissen zur schmelzebasierten Herstellung von UD-Tapes zur Verfügung. Davon ausgehend werden die Wirkzusammenhänge zwischen den Eigenschaften von UD-Tapes und daraus hergestellten Laminaten beschrieben. Für die Untersuchungen werden Glasfasern und Polypropylen verwendet. Die Untersuchungen zur geometrischen Ausführung des Imprägnierwerkzeugs zeigen, dass die Zeit, zu der ein Imprägnierdruck im Schmelzefilm zwischen Faserband und Umlenkelement anliegt, durch eine steigende Anzahl an Umlenkungen erhöht werden kann. Dadurch werden geringere Luftporengehalte sowie eine gleichmäßigere Faserverteilung im UD-Tape erreicht. Ungleichmäßig gespreizte Rovings mit Gassen im Faserband führen zu einem ungleichmäßigen FVG über der UD-Tapebreite, deutlich höheren Luftporengehalten und einer gruppierten Faserverteilung im UD-Tape. Die Eigenschaften der Laminate, die mittels Kontaktheizverfahren hergestellt werden, werden besonders durch die Faserverteilung der UD-Tapes beeinflusst. Eine ungleichmäßige Faserverteilung im UD-Tape führt zu einer ungleichmäßigen Faserverteilung im Laminat. Der Luftporengehalt wird schon nach Heizzeiten von 60 s und einer Heiztemperatur von 200 °C von 2,6 % im UD-Tape auf 0,9 % im Laminat verringert. Bei der Laminatherstellung mittels automatisiertem laserunterstützten UD-Tapelegen entsprechen der Luftporengehalt und die Faserverteilung der Laminate dem der UD-Tapes. Somit müssen UD-Tapes, die mittels automatisiertem laserunterstützten UD-Tapelegen verarbeitet werden, höhere Anforderungen erfüllen als UD-Tapes, die mittels Kontaktheizverfahren verarbeitet werden.
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Einfluss von Fertigungsparametern auf die Produkteigenschaften von Leichtbauteilen aus thermoplastischen endlosfaserverstärkten Tapes

Einfluss von Fertigungsparametern auf die Produkteigenschaften von Leichtbauteilen aus thermoplastischen endlosfaserverstärkten Tapes von Beste,  Christian
Endlosfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe (TP-FVK) vereinen hohe dichtebezogene mechanische Eigenschaften, können in kurzen Zykluszeiten vollautomatisiert verarbeitet werden und lassen sich nach ihrem Produktlebenszyklus werkstofflich rezyklieren. Bei lastpfadgerechter Positionierung in Bauteilen wird es möglich, die Materialeigenschaften von mit thermoplastischem Kunststoff vorimprägnierten unidirektionalen (UD) endlosfaserverstärkten Bändchen, sogenannten UD-Tapes, voll auszunutzen. UD-Tapes können mit kontinuierlich arbeitenden Verfahren mittels Schmelzeimprägnierung hergestellt werden. Die komplexen Vorgänge bei der Schmelzeimprägnierung werden bislang überwiegend anhand der Schmelzeimprägnierung eines einzelnen Rovings erarbeitet. Es besteht daher ein Bedarf an praxisnahen Untersuchungen, mit denen diese Zusammenhänge zwischen der UD-Tapeherstellung und den resultierenden UD-Tapeeigenschaften aufgeklärt werden. Zudem sind die Wirkzusammenhänge zwischen UD-Tape- und Laminateigenschaften entlang der Prozessketten bisher weitestgehend noch nicht beschrieben worden. Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Arbeit ein grundlegendes anlagen- und verfahrenstechnisches Wissen zur schmelzebasierten Herstellung von UD-Tapes zur Verfügung. Davon ausgehend werden die Wirkzusammenhänge zwischen den Eigenschaften von UD-Tapes und daraus hergestellten Laminaten beschrieben. Für die Untersuchungen werden Glasfasern und Polypropylen verwendet. Die Untersuchungen zur geometrischen Ausführung des Imprägnierwerkzeugs zeigen, dass die Zeit, zu der ein Imprägnierdruck im Schmelzefilm zwischen Faserband und Umlenkelement anliegt, durch eine steigende Anzahl an Umlenkungen erhöht werden kann. Dadurch werden geringere Luftporengehalte sowie eine gleichmäßigere Faserverteilung im UD-Tape erreicht. Ungleichmäßig gespreizte Rovings mit Gassen im Faserband führen zu einem ungleichmäßigen FVG über der UD-Tapebreite, deutlich höheren Luftporengehalten und einer gruppierten Faserverteilung im UD-Tape. Die Eigenschaften der Laminate, die mittels Kontaktheizverfahren hergestellt werden, werden besonders durch die Faserverteilung der UD-Tapes beeinflusst. Eine ungleichmäßige Faserverteilung im UD-Tape führt zu einer ungleichmäßigen Faserverteilung im Laminat. Der Luftporengehalt wird schon nach Heizzeiten von 60 s und einer Heiztemperatur von 200 °C von 2,6 % im UD-Tape auf 0,9 % im Laminat verringert. Bei der Laminatherstellung mittels automatisiertem laserunterstützten UD-Tapelegen entsprechen der Luftporengehalt und die Faserverteilung der Laminate dem der UD-Tapes. Somit müssen UD-Tapes, die mittels automatisiertem laserunterstützten UD-Tapelegen verarbeitet werden, höhere Anforderungen erfüllen als UD-Tapes, die mittels Kontaktheizverfahren verarbeitet werden.
Aktualisiert: 2021-05-13
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Thermoplastische Ummantelung pultrudierter Profile durch inline-Extrusion

Thermoplastische Ummantelung pultrudierter Profile durch inline-Extrusion von Schneider,  Peter
Ressourcenschonende Leichtbaulösungen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) sind eine Möglichkeit, um der Verknappung von Ressourcen und den zunehmend negativen Auswirkungen der menschlichen Aktivitäten auf die Natur zu begegnen. Hierfür werden allerdings wirtschaftliche, großserientaugliche, reproduzierbare Fertigungsprozesse für FVK benötigt. Die Pultrusion als kontinuierliches, weitgehend automatisiertes Fertigungsverfahren für profilförmige FVK-Bauteile hat unter diesen Gesichtspunkten hohes Potenzial. Gleichzeitig bestehen bei der Pultrusion Defizite hinsichtlich des Prozessverständnisses, welches insbesondere notwendig ist, um hochreaktive, hochproduktive Polyurethan- (PUR) Matrices einzusetzen. Ferner ist eine Erhöhung der Funktionalität der Profile hinsichtlich einer werkstoffgerechten Krafteinleitung, Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit wünschenswert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Defizite durch die inline-Applikation einer thermoplastischen Deckschicht zu kompensieren. Einerseits ist dadurch die Entkopplung des aushärtenden duroplastischen Harzsystems vom Pultrusionswerkzeug in verschiedenen Stadien der Aushärtung möglich, so dass eine differenzierte Betrachtung der entstehenden Abzugskraft als zentraler Prozessindikator möglich ist. Andererseits ist die Fertigung eines Hybrid-Profils mit thermoplastischer Deckschicht möglich, welche eine werkstoffgerechte, flächige Krafteinleitung durch Schweißen ermöglicht und die Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit verbessert. Für den Prozess werden zunächst geeignete Materialien ausgewählt, auf ihre Prozessfähigkeit geprüft und die prozessrelevanten Basisdaten ermittelt. Es werden Glasfasern, ein in der Pultrusion etabliertes PUR-Harzsystem sowie als Thermoplaste ein extrusionsüblicher PE-Typ sowie ein PA-Typ verwendet. Darauf aufbauend wird der Hybrid-Prozess realisiert, indem das PUR-Harzsystem in einem verkürzten Pultrusionswerkzeug einem Ummantelungswerkzeug zugeführt wird, wo es mit einer thermoplastischen Deckschicht ummantelt wird. Die Einstellung der zentralen Prozessparameter „Pultrusionstemperatur“ und „Abzugsgeschwindigkeit“ ermöglicht die Einstellung des Harzzustands zum Fügezeitpunkt. Die Prozessstabilität sowie die Fügequalität werden unter Variation der zentralen Prozessparameter untersucht und diskutiert. Hierüber werden Erkenntnisse über die Aushärtungscharakteristik, die Entstehung der Abzugskraft und das ideale Prozessfenster generiert. Abschließend wird demonstriert, dass die erzeugten Hybridprofile gegenüber üblichen Pultrudaten eine verbesserte Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit aufweisen.
Aktualisiert: 2020-07-07
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