Grundlagenuntersuchungen zum Festigkeitsmechanismus von Mischmaterialverbindungen
Polymermaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Vorhabens war es, eine zuverlässige Schweißverbindung von unverträglichen Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und rheologischen Werkstoffeigenschaften zu erzeugen. Idee dabei war es, durch Zwischenschaltung eines zu beiden Fügepartnern affinen Blends die unverträglichen Fügepartner zu schweißen. Das Blend wird durch einen Kompatibilisator erzeugt, der die Verträglichkeit, zwischen den inkompatiblen Polymeren, chemisch herstellt. Es konnte gezeigt werden, dass die Erzeugung einer Verbindung zwischen zwei unverträglichen Kunststoffen mit konventionellen Schweißverfahren möglich ist. Durch Optimierungen im Konstruktionsprozess und Verfahrenskombinationen kann ein Schweißnahtfaktor von > 0,9 erreicht werden. Somit ist es nun möglich, gezielt unverträgliche Kunststoffe miteinander zu fügen und deren Eigenschaften an der entsprechenden Stelle im Bauteil einzusetzen. Das Diffusionsschweißen gibt die Möglichkeit, Verbindungen mit einem Scheißnahtfaktor von rund 1,0 zu erzielen. Der Nachteil dieses Verfahrens sind die langen Prozesszeiten gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren. Sollten jedoch hohe Verbundfestigkeiten gefordert werden, so kann dieses Problem durch geeignete Montage- und Fertigungsstrategien umgangen werden. Daraus ergeben sich wiederum völlig neue Anwendungsgebiete und Konstruktionskonzepte. Bei der thermischen Analyse der Polymerblends ergab sich ein Phänomen, dass unter dem Begriff behinderte Kristallisation bekannt, jedoch nicht vollständig aufgeklärt ist. Dieses Phänomen trat nur bei einem Mischungsverhältnis auf, in dem das PE die Matrix stellt. Dies führte dazu, dass die Kristallisation der dispergierte PA Phase nicht bei seiner gewöhnlichen Temperatur (~150°C) stattfand, sondern zu niedrigeren Temperaturen verschoben wird. Daraus ergibt sich eine gemeinsame Kristallisation mit PE. Es konnte gezeigt, dass dieses Verhalten im Zusammenhang mit dem Kompatibilisator (basierend auf Maleinsäureanhydrid) steht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Schweißen von artfremden, thermoplastischen Kunststoffen. Technomer 2015. 12.-13.11.15, Chemnitz. Tagungsband, ISBN 978-3-939382-12-6
Albrecht, M.; Gehde, M.
- Neue Möglichkeiten zum Schweißen inkompatibler thermoplastischer Kunststoffe. Joining Plastics. (2016), Nr. 3-4 S. 202-207
Albrecht, M.; Gehde, M.
- Welding Incompatible Thermoplastics. ASSAMBLY. 59. (2016), Nr. 10, S. 48-56
Albrecht, M.; Dietz, R.; Gehde, M.
- Welding of Incompatible Thermoplastic Polymers. 16th Annual International Polymer Colloquium - Madison, Wisconsin, USA May 27, 2016
Albrecht, M.; Gehde, M.
- Welding of Incompatible Thermoplastic Polymers. ANTEC® 2016 - Indianapolis, Indiana, USA May 23-25, 2016. Society of Plastics Engineers, ISBN: 978- 0-692-71961-9, pp. 1394-1399
Albrecht, M.; Dietz, R.; Gehde, M.
