Kunststofftechnik (Subject) / Fertigungsverfahren Kunststoffe (Lesson)

HS Esslingen Anwendung im 6. Semester

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• Durch was wird die Glasübergangstemeratur Tg beeinflusst? Molekularte Sturktur Kettenflexibilität Vernetzungen Größe der Seitengruppen Kettenlänge PE: niedrige Tg= -90°C PC: Tg 150°C
• Was ist Kristallinität? Grad der Ordnung innerhalb der gesamten makromolekularen Struktur des Polymers. Wenn Polymerketten auf geordnete Weise "aufeinander geklappt" werden, ist ein Polymer kristallin.
• Beschreibe das Extrusionsblasformen Direktverfahren. D.h. Im Anschluss an den Extrusionsprozess wird das Extrudat weiterverarbeitet. kontinui. Vorformlingsextrusion (Urformen) Vorformlingsübernahme und Formgebung mittels Blasluft im Werkzeug (Umformen) Beispiele: Hohlkörper mit und ohne Öffnungen (kleiner als Innendurchmesser) Sehr große Teile, für die zu große Schließkräfte nötig wären.
• Einteilung von Fertigungsverfahren. Herstellungstechnologien für Faser-Kunststoffverbunde Duroplaste Handlaminieren Wickeln Heißpressen Harz-Injektion Faserspritzen
• Einteilung von Fertigungsverfahren. Herstellungstechnologien für Faser-Kunststoffverbunde Thermoplast Extrusion Wickeln Spritzguss Kaltpressen
• Unlösbare Fügeverfahren Formschlüssig mechanische Verbindungen        Clinchen Stoffschlüssig Kleben      Lösungsmittel, Haftmittel Schweißen      Vibrations      Rotations      Ultraschall      Warmgas      Hochfrequenzschweißen
• Fügeverfahren bedingt lösbar/lösbar Kraftschlüssig (bedingt) Keil- Niet- Pressverbindungen Formschlüssig (lösbar) Schraub Schnappverbindungen
• Nenne Vor- und Nachteile von Klebeverbindungen Vorteile Geringer Temp.einfluss Beanspruchung großflächig verteilt Mediendichte Verbindung unterschiedl. Werkstoffe Keine Faserschädigung, Dämpfung Nachteile Güte der Verbindung hängt von vielen technolog. Faktoren ab. Aufwändige Vorbehandlung und meist umweltschädlich Schwierige Prüfung Verbindungsqualität Keine eindeutigen Lastpfade
• Welche Aussagen lassen sich mit DSC - Differential Scanning Calorimetry treffen? Umwandlungstemperaturen (Glasübergang) Zusammensetzung Umwandlungsenthalpien Reinheit Werkstoff-Identifizierung
• Vor- und Nachteile Extrusionsblasformen Vorteile Wirtschaftl. Fertigung von Großvolumina-Bauteilen Doppelwandige Blasformteile haben ein sehr gutes Steifigkeits-/Gewichtsverhältnis. Nahtlose Hohlbauteile möglich Vorteil vs. Rotation-Sintern        phys. Eigenschaften von Blasformteilen sind meistens besser als die von Rotations-Sinterteile (Schmelze aus Granulat, Schmelze ist inhomogen) Nachteile Wanddicke des Vorformlings schwer kontrollierbar Innenkontur ungenau Abfall. In Extremfällen wiegt der Butzen mehr als das Produkt
• Häufige Fehler bei Schnapphaken Kein Radius an der Anbindung (Kerbwirkung) Füge und Lösewinkel willkürlich Hakenhöhe zu große --> Einfallstelle wie Rippe Geringer Hinterschnitt + Verzug --> Keine Funktion Haken an falscher Position, nicht freigespart --> Schieber, Zwangsentformung Toleranzen vernachlässigt Verkanten beim Fügen           Lösung: Führung vorsehen (schnelle, genaues Fügen möglich, zentriert, vermeidet verklemmen, kann Querkräfte aufnehmen, Überdehnen oder Brechen verhindern)
• Ultraschallschweißen Wärme durch mech. Reibung und Molekülreibung. Vorteile Sehr kurze Zykluszeiten Geringe Investitionen beim Fügen kleiner Bauteile Nachteile Werkstoff hat großen Einfluss auf Fugennahtqualität Hohe Investition beim Fügen großer Teile
• Vibrationssschweißen Wärme durch mech. Reibung Vorteile Kurze Zykluszeiten Niedriger Energieeinsatz Fügen unter Sauerstoffausschluss Artfremde Werkstoffe schweißbar Nachteile Hohe Investition Eingeschränkte Bauteilgeometrie Faserabrieb an der Fügezone
• Ablauf beim Handlaminieren Zuschneiden Faserlagen und Hilfsstoffe Reinigen der Werkzeugform Obferläche versiegeln bzw. Eintrennen Aufbringen eines Gelcoats (Deckschicht) Schichtweise auftragen und imprägnieren des Faserhalbzeugs Entlüften der Schichten mit Entlüfungswalze Aufbringen von Hilfsstoffen (Abreißgewebe) Aushärten bei RT oder unter Temperatureinwirkung Entformen und Nacharbeit
• Vor- und Nachteile Handlaminieren Vorteile komplexe Formen (entformen beachten) individuelle Bauteilgestaltung (kleine Stückzahlen, Spezialanfertigungen) einfaches Verfahren geringer Invest Nachteile hohe Lohnkosten geringe Reproduzierbarkeit nicht serientauglich Lufteinschlüsse entstehen einfach fehleranfällig Dauer (Taktzeit) Oberflächemqualität geringe Faservolumenanteile
• Einflussgrößen der Festigkeit der Klebestelle Klebstoff ↓ Klebung ↑ Fügeteilwerkstoff →Festigkeit der Klebestelle geometrische Gestaltung ↓ klebegerechte Konstruktion ↑ Beanspruchung
• Klebstoffgerechte Konstruktion Auslegen auf Zug, Druck und Scherung Vermeiden von Schälung und Spaltung → Lösung: Verlagerung der Beanspruchung oder Schäften
• Oberflächenbehandlung beim Kleben Vorbereitung Säubern (Verunreinigungen) Einpassen (einebnen) Entfetten Vorbehandlung mechanisches Anrauhen chemisch (beflammen, plasmaaktivieren,...) Nachbehandlung Klimatisierung Haftvermittler/Primer auftragen
• Einfluss der Kettenlänge  Zunehmende Kettenlänge verbessert:• Festigkeitseigenschaften• Schlagzähigkeit (auch bei tieferen Temperaturen)• Formbeständigkeit in der Wärme• Elektrische Isoliereigenschaften• Chem. Beständigkeit gegen org. Lösemittel (inklusive Abnahme derQuellung)• Spannungsrissbeständigkeit Zunehmende Kettenlänge verschlechtert:• Das Fließverhalten der Schmelze• Störungen bei der Verarbeitung nehmen zu
• Aufgaben der Faserverbundbestandteile Fasern Kraftaufnahme Tragwerk des Verbundes Dominiert die Eigenschaften Rissausbreitung behindern Matrix Kraftübertragung Faser zu Faser Formbildung des Bauteils Schutz der Faser gegen Umwelteinflüsse Schützt die Faser vor Ausknicken Interface Haftvermittler zw. Faser & Matrix Intralaminare Spannungskopllung zw Schichten und zw Faser und Matrix Oberflächenschutz der Faser Chemische Kopplung
• Vor- und Nachteile von Faserverbundkunststoffen Vorteile leichter Werkstoff mechanische Eigenschaften (Steifigkeit, Festigkeit (300-500 GPa CFK) hochintegrative Gestaltungsmöglichkeiten hohe dyn. Belastung niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten hohe Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit Geringer Invest bei großen Bauteilen Potential Metall durch Kunststoff zu ersetzen Nachteile Recycling Schadensdetektion schwer (direkter Bruch, Faserbruch intern) Gesundheitsschädigend bei Herstellung Auslegung aufwendig (Berechnung, Simulation) lange Zykluszeit spezifische Fertigungsverfahren              RTM - Resin Transfer Moulding              RIM  - Reactive Injection Moulding              Diaphragmatechnik Reparatur sehr aufwendig
• Eigenschaften von Glasfasern geringe Koste E-Modul ähnlich Aluminium sehr hohe Zugfestigkeit Bruchdehnung liegt bei  ca. 3% sehr gute thermische Eigenschaften (bis 250°C keinen Abfall der mech. Kenwerte, nicht brennbar Erweichung bei >625°C) Isotrope Faser chem. resistent gute elektr Isolation
• Eigenschaften von Kohlefasern progressives Spannungsdehnungsverhalten (steigendes E-Modul bei Belastung) hochfest und hochsteif gute elektr. und thermische Leitfähigkeit körperverträglich (Implantate) Starke anisotrope Eigenschaften E||=28E⊥ negativer therm. Ausdehnungskoeffizient dauerfest nicht druckstabil
• Eigenschaften von Armidfasern schwer mech. bearbeitbar sehr hohe Schlagzähigkeit hohe Bruchdehnung geringe Dichte stark anisotrop Feuchtigkeitsaufnahme unschmelzbar negativer thermischer Ausdehnungskoeffizient
• Lunkerbildung und Ursachen dafür Bei Materialhäufungen, wenn Außenhaut zu schnell abkühlt und erstarrt. Innere Bereiche kühlen langsamer. Deshalb gleichmäßige Wanddicken Werkzeugtemperatur zu niedrig Nachdruck zu niedrig Nachdruckzeit zu kurz
• Ablauf Extrusionsblasformen Schlauchextrusion Werkzeug zusammenfahren Aufblasen des Schlauches Kühlphase Entformen
• Amorphe Kunststoffe ABS PC PMMA (Plexiglas) PS PVC SAN
• Teilkristalline Kunststoffe PA POM PET PE PP PBT
• Abkürzungen Fertigungsverfahren Faserverbundgkunststoffe SCRIMP RTM RIM BMC SMC Harzinfusions Verfahren: SCRIMP - Seeman Composite Resin Infusion Molding Process Harzinjektions Verfahren RTM - Resin Tranfer Moulding RIM - Reactive Infusion Moulding Heißpressen BMC - Bulk Mould Compound SMC - Sheet Mould Compound
• Vorgehensweise Schadensanalyse Schadensbeschreibung (Bilder, Dokumentation) Bestandsaufnahme Schadenshypothese (Theorie für Versagen, Theorie bewerten W-keit) Instrumentelle Analyse (DSC, TGA, Mikrotom Dünschnitt, Mikroskop) Untersuchungsergebnisse (Soll-Ist-Vergleich) Schadensursache (primäre/sekundäre Einflüsse) Schadensabhilfe (Maßnahmen, Bericht, lessons-learned)
• Einflussfaktoren auf Schaden Konstruktion (Auslegung, vgl.b. Produkte, Veränderungen in Konstr.) Werkstoff (richtiger W, Chargenabhängig) Verarbeitung (Änderungen, Verschleiß, Kühlkanäle ok?, Klimatisierung (Sommer/Winter), Maschinenwechsel) Betriebliche Nutzung (klimatische Bedingungen, örtliche Häufung, Zeiträume?)

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