Dynamisch-Mechanischer Analysator
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der beantragte dynamisch-mechanischer Analysator und der Aufsatz zur dielektrischen Charakterisierung wurden umfangreich in einer Vielzahl von Themenfeldern eingesetzt und konnte dort essentiell zum wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn beitragen. Zum einen konnte durch die dielektrische Charakterisierung eine Möglichkeit evaluiert und aufgezeigt werden, um den Konsolidierungsgrad von thermoplastisch gebundenen, endlosfaserverstärkten Halbzeugen zu ermitteln. Der Konsolidierungsgrad, ein Maß für den Anteil an Lufteinschlüssen, stellt eine relevante Kenngröße für die Qualität und die erreichbaren mechanischen Eigenschaften von Faserverbundstrukturen dar. Die Messung des Konsolidierungsgrades erfolgt nach dem Stand der Technik in der Regel über eine Bestimmung der Dichte. Prozessbegleitende Analysen sind somit nicht oder nur sehr bedingt möglich. Es konnte gezeigt werden, dass die relative Permittivität, ein Kennwert der auch produktionsbegleitend ermittelt werden kann, eine präzise Abschätzung des Konsolidierungsgrades zulässt. Der beantragte dynamisch-mechanischer Analysator eröffnete die Möglichkeit dieser Untersuchungen und trägt so entscheidend zu diesem Erkenntnisgewinn bei. Ein weiteres Themenfeld, welches mit Hilfe des Prüfstandes tiefgreifend analysiert werden konnte, sind die resultierenden Eigenschaften von spritzgegossenen Mikrobauteilen bei unterschiedlichen Abkühlbedingungen. In Abhängigkeit der Abkühlung treten bei teilkristallinen Werkstoffen unterschiedlichen Morphologien auf, die einen entsprechenden Einfluss auf die Anwendungseigenschaften der resultierenden Bauteile haben. Im Rahmen umfangreicher Untersuchungen konnte der Einfluss definierter Abkühlgeschwindigkeiten auf die entstehenden kristallinen Strukturen erarbeitet werden. Unter anderem das mechanische Verhalten bei dynamischer Beanspruchung ist hierbei eine relevante Kenngröße. Der dynamisch-mechanische Analysator leistet einen essentiellen Beitrag zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften dieser Strukturen bei dynamischer Belastung. Zur Charakterisierung des Löseverhaltens thermoplastischer Werkstoffe für den Einsatz als verlorene Kerne im Keramikspritzguss wurde die Möglichkeit des Prüfstandes genutzt, Messungen unter dem Einfluss von Medien durchzuführen. Verlorene Kerne können im Keramikspritzguss zur Erweiterung der Formgebungsfreiheit eingesetzt werden um zum Beispiel Hinterschneidungen oder Kanäle in Bauteilen zu erzeugen. Das Entfernen dieser Kerne erfolgt über chemisches Lösen in einem geeigneten Lösemittel. Quelleffekte die hierbei auftreten führen zu einer Kraftbeaufschlagung des umgebenden Grünlings und damit potentiell zu dessen Beschädigung. Kenntnisse über die auftretenden Kräfte bei der Quellung dieser Strukturen konnten erstmals mithilfe des dynamisch-mechanischen Analysators ermittelten und quantifiziert werden. Das Gerät ermöglichte es so, die grundlegende Anwendbarkeit des Keramikspritzgießens mit thermoplastischen Lösekernen zu evaluieren. Hochfrequente Strahlung stellt eine Möglichkeit dar, Wärme direkt in polymeren Werkstoffen zu erzeugen. Die hierbei maßgeblichen Kenngrößen sind neben der relativen Permittivität auch der dielektrische Verlustfaktor. Mithilfe des dynamisch-mechanischen Analysators und der gekoppelten dielektrischen Charakterisierung konnten grundlegende Untersuchungen durchgeführt werden, wie sich diese Kennwerte in einem breiten Temperaturbereich verhalten. Dies dient als Grundlage um die Erwärmung mittel hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung für die Kunststoffverarbeitung nutzbar zu machen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Crystallization and Component Properties of Polyamide 12 at Processing-Relevant Cooling Conditions. Polymer Engineering & Science, Vol. 57/4, S. 450-457
Fischer, C.; Seefried, A.; Merle, B.; Göken, M.; Drummer, D.
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Correlation of Processing, Inner Structure, and Part Properties of Injection Moulded Thin-Wall Parts on Example of Polyamide 66. International Journal of Polymer Science, volume 2014, article ID 718926
Drummer, D.; Meister, S.
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Eco²Skin: Energy-Efficient Manufacture of Optical Multilayer Composites. Green Factory Kolloquium, 30.09.2014, Nürnberg
Löhner, M.; Harder, R.; Drummer, D.
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Crystallization and Mechanical Properties of Polypropylene under Processing-Relevant Cooling Conditions with respect to Isothermal Holding Time. International Journal of Polymer Science, volume 2016, article ID 5450708
Fischer, C.; Drummer, D.
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Dissertation: Keramikspritzgießen mit thermoplastischen Lösekernen. Lehrstuhl für Kunststofftechnik. 2016
Messingschlager, S.
