Search

Gegenstand der Arbeit ist die Erarbeitung und Umsetzung eines reaktiven Aufbereitungsverfahrens im Doppelschneckenextruder zur kontinuierlichen Herstellung von gummimehlbasierten Elastomerlegierungen mit Polypropylenmatrix. Es wird eine Übersicht über den technischen Stand der Polymeraufbereitung in Doppelschneckenmaschinen sowie den Einsatz von Gummimehlen als funktionellem Füllstoff in Thermoplastmatrices gegeben, wobei neben verfahrenstechnischen Aspekten besonders auf die Möglichkeiten der Phasenkompatibilisierung in gummimehlhaltigen Polyolefincompounds zur Herstellung Thermoplastischer Elastomere eingegangen wird. Den Ausgangspunkt für die Verfahrensentwicklung bildet ein reaktiver Schmelzemischprozess in einem Innenmischer, auf dessen Basis die Auswahl der Rezepturkomponenten erfolgte. Gestützt auf eine Modellrezeptur erfolgte in diskontinuierlichen Voruntersuchungen im Labormesskneter eine Anpassung des Werkstoffsystems sowie die experimentelle Verifizierung möglicher Verfahrenskonzepte für die kontinuierliche reaktive Aufbereitung im Doppelschneckenextruder. Für die ausgewählten Verfahrenskonzepte wurden konkrete Extruderaufbauten konzipiert, deren stoff- und prozessgrößenabhängiges Betriebsverhalten auf Basis eines analytischen Prozessmodells abgeschätzt wurde. Nach vergleichenden experimentellen Untersuchungen der kontinuierlichen Verfahrensaufbauten, die auch Verweilzeitmessungen und Rezepturanpassungen einschlossen, wurde eine praxistaugliche Extruderkonfiguration ausgewählt und der Einfluss der technologischen Prozessgrößen auf die Werkstoffeigenschaften der Elastomerlegierungen untersucht. Mit optimierten Prozessparametern erfolgte die kontinuierliche reaktive Aufbereitung von Elastomerlegierungen mit variablen Gummimehlgehalten, deren Werkstoffverhalten umfassend charakterisiert wird, The present thesis deals with the development and implementation of a reactive compounding procedure in a co-rotating twin-screw extruder for the continuous preparation of ground rubber based Elastomeric Alloys with a polypropylene matrix. An overview about the state of the art of polymer compounding in twin-screw devices as well as of the utilisation of rubber powders as functional fillers in thermoplastic matrices is given. Beside process related aspects especially the methods of phase compatibilisation in ground rubber containing polyolefinic compounds for the preparation of Thermoplastic Elastomers are addressed. A reactive melt-mixing procedure in an internal mixer served as the base for the development of the continuous process as well as for the materials and formulations used. Preliminary experiments with a model formulation were carried out in a laboratory batch kneader to adapt the material system onto the requirements of the continuous process as well as to verify and select promising process concepts for the continuous reactive compounding in the twin-screw extruder. The selected concepts were transformed into extruder configurations followed by a simulation of their operating characteristics based on an analytical process model. The performance of the extruder configurations was verified by experiments that included also residence time investigations and further adaption of the formulation. The most suitable extruder setup was chosen for the investigation of the influence of the technological process parameters on the material properties of the Elastomeric Alloy model formulation. Using optimised technological parameters a familiy of Elastomeric Alloys with variable rubber powder content was prepared by continuous reactive compounding in the twin-screw extruder and followed by a comprehensive characterisation of their material performance and properties.

In der Arbeit werden die Möglichkeiten der Abschirmung elektromagnetischer Wellen durch spritzgegossene Kunststoffgehäuse aus stahlfasergefüllten Thermoplasten untersucht. Beginnend mit einer Erläuterung der Abschirmprinzipien, werden die verschiedenen Verfahren zur Schirmdämpfung erläutert und ein Überblick der elektrisch leitfähigen Kunststoffcompounds gegeben. Weiterhin werden Verfahren zur Messung der Schirmdämpfung und Leitfähigkeit vorgestellt. Der experimentelle Teil befasst sich mit der Charakterisierung der Materialeigenschaften. Es wird der Einfluss von Faserfüllgrad und -länge experimentell untersucht und mit Modellansätzen zur Beschreibung der Schirmdämpfung und Leitfähigkeit verglichen. Die Untersuchung des Verarbeitungsverhaltens beim Spritzgießen beinhaltet die Beschreibung des rheologischen Verhaltens stahlfasergefüllter Thermoplaste sowie die Auswirkungen der Prozessbedingungen und der Bindenahtbildung auf die Schirmwirkung. Ausführungen zum konstruktiven Einfluss auf die Schirmdämpfung unter Betrachtung der Gestaltungsmöglichkeiten der Gehäuseverbindung und möglicher Aperturen schließen die Arbeiten ab.

In this work, the material distribution, structure of fiber orientation and fiber attrition in sandwich and push-pull injection molded short fiber composites are investigated, regarding the effect of fiber content and processing parameters, given its direct relevance to mechanical properties. The prediction of the tensile strength of conventional, sandwich and push-pull injection molded short fiber composites are derived by an analytical method of modified rule of mixtures as a function of the area fraction between skin and core layers. The effects of fiber length and fiber orientation on the tensile strength are studied in detail. Modeling of the specialized injection molding processes have been developed and performed with the simulation program in order to predict the material distribution and the fiber orientation state. The secondorder orientation tensor (a11) approach is used to describe and calculate the local fiber orientation state. The accuracy of the model prediction is verified by comparing with corresponding experimental measurements to gain a further basic understanding of the melt flow induced fiber orientation during sandwich and push-pull injection molding processes.

Gegenstand der Arbeit ist die Analyse eines neu entwickelten Verfahrens zur Oberflächenmodifizierung, das bereits während des Spritzgießens die Haftungs- und Benetzungseigenschaften einer Formteiloberfläche verbessert. Damit kann die teilweise kosten- und anlagenintensive Oberflächenbehandlung nach dem Formgebungsprozess, wie z. B. durch Beflammen, Korona- oder Plasmabehandlung, eingespart werden. Die in dieser Arbeit betrachtete chemische Oberflächenmodifizierung von Polycarbonatformteilen hängt vor allem von den beim Spritzgießen sich einstellenden thermischen Verhältnissen ab. Daher werden im ersten Teil der Arbeit mittels Simulationsrechnungen die Temperaturen in dem Bereich ermittelt, in dem die Reaktion stattfindet. Auf der Basis der Temperaturberechnungen lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit der Modifizierung abschätzen. Zudem sind die Temperaturen an der Formteiloberfläche experimentell gemessen, mit den Berechnungser-gebnissen verglichen und bewertet worden. Randwinkelmessungen sowie Untersuchungen der Verbundfestigkeit von verklebten Probekörpern stellen einen Zusammenhang zwischen den beim Spritzgießen gewählten Prozessparametern und dem Modifizierungsergebnis her. Im letzten Teil der Arbeit wird gezeigt, dass sich das in situ Modifizierungsverfahren nicht nur bei Polykondensaten wie dem Polycarbonat, sondern auch für Polyolefine (z. B. Polypropylen) anwenden lässt, wobei die verfahrenstechnischen Unterschiede und Einschränkungen aufgezeigt werden.

Aufbauend auf den Grundlagen der Standard- und Mehrkunststoffspritzgießtechnik sowie der verarbeitungsinduzierten Grenzflächen (Bindenaht, Zwei-K-Grenzflächen) erfolgt eine detaillierte experimentelle Analyse von wichtigen Einflussfaktoren. Dabei werden Material- und Prozessparameter variiert und deren Auswirkungen auf die resultierende Verbundfestigkeit untersucht. Es wird auf das komplexe Zusammenspiel der Formänderungen und dadurch veränderter Wärmetransportbedingungen eingegangen. Im theoretischen Teil der Arbeit werden die experimentellen Erkenntnisse zur Festlegung der Anfangs- und Randbedingungen eines zweidimensionalen Berechnungsmodells angewandt, so dass die für eine Grenzfläche relevanten Abkühl- und Temperaturausgleichsabläufe nachgebildet werden können. Schwerpunkt ist dabei die Anpassung der lokal unterschiedlichen Wärmeübergangsbedingungen hinsichtlich der einzelnen Prozessphasen. Im Ergebnis der Analyse der Einflussgrößen konnte ein Beitrag zur Optimierung der Prozessführung und somit der Verbundfestigkeit erbracht werden.

Process-induced Long-term Deformation Behavior of Injection Molded Semicrystalline Thermoplastics Injection molding is a very complex process because the polymer experiences a complex thermorheological history during molding that influences the molecular orientation, residual stresses, frozen-in free volume and crystallinity inside the part. These generally govern the final part properties. Therefore it is highly desirable to anticipate the effect of process parameters on the resulting microstructure and mechanical properties of the finished part in the long run. In the case of a semicrystalline thermoplastic part, the problem in understanding the deformation behavior arises from its two-phase structure and a tendency exists to concentrate primarily on the effect of the crystalline phase on the deformation behavior, while the contribution of the amorphous phase is less investigated. In this work, the influence of the processing parameters on the deformation behavior of injection molded semicrystalline thermoplastic parts, viz., syndiotactic Polystyrene (sPS) and Polybutylene terepthalate (PBT), has been monitored through creep. The resulting internal structures due to processing have been determined and the deformation behavior has been analyzed. It has been observed that only the rate of cooling shows a remarkable effect on the long-term viscoelastic behavior of an injection molded semicrystalline thermoplastic part as it influences not only the crystalline, but also the free volume fraction, whereas the different states of frozen-in orientations and pressure-induced densification have only a negligible effect. Besides, physical aging also plays an important role in the deformation behavior of the injection moldings which was manifested with the decrease in the tendency to creep. Therefore, it was suggested that the cooling rate during injection molding and the aging time can significantly affect the long-term deformation behavior of the injection molded semicrysta

In the thesis some problems concerning fabrication of composites based on present knowledge and author's own experience have been revealed. The methods of fabrication of the composites take into consideration following operations like size-reduction, agglomeration and compounding (mixing components) in solid (grainy) state to obtain the composite of determined properties assigned for processing operations like injection moulding, extrusion or press moulding. The experiments were made in lab conditions similar to industrial ones. In each of the above mentioned operations very characteristic factors for individual operation have been observed. Those factors for size-reduction, agglomeration, compounding and press moulding have been presented in table 3.8 (column C). There were no procedures to analyze the fabrication of composites made of thermoplastic film wastes and rubber wastes in connection with properties of components in solid (grainy) state before compounding and press moulding by now. Because of specific basic operations the tests were carriedart on special test stands using phaenomenological methods. The results have enabled determination of the most advantegous directions for designing technological lines within the range of utilization of selected plastics and rubber wastes. The results might also be used for designing other constructional- technological solutions which would concern fabrication of composites based on other secondary polymeric materials., In der Arbeit wurden auf Basis des bisherigen Standes der Technik und der Resultate eigener Arbeiten die mit der Herstellung von Kompositwerkstoffen verbundenen Probleme analysiert. Die gewählte Methodik der Herstellung der Kompositwerkstoffe berücksichtigt die Grundprozesse Zerkleinern, Agglomerieren und Mischen der Komponenten im festen Zustand. Ziel war die Herstellung eines Kompositwerkstoffs mit bestimmten Eigenschaften, der sich durch Spritzgießen, Extrudieren und Pressen verarbeiten lässt. Während der unter praxisnahen Laborbedingungen realisierten Versuche wurden für jeden der o. g. Prozesse die repräsentativsten Einflussfaktoren berücksichtigt. Diese Faktoren für das Agglomerieren, Zerkleinern, Mischen und Pressen wurden näher in der Tabelle 3.8 dargestellt. Bisher gab es einen Mangel an Analyseprozeduren bei der Herstellung der Kompositwerkstoffe aus thermoplastischen Folien und Gummi. Ziel war die Ermittlung des Zusammenhangs der Eigenschaften der Komponenten im festen (körnigen) Zustand vor dem Misch- und nach dem Pressprozess. Wegen der Eigenart der Grundprozesse wurden die Versuche unter Benutzung phänomenologischer Methoden an speziell vorbereiteten Versuchsständen durchgeführt. Die Resultate der Versuche führten zu Richtlinien zum Entwerfen von technologischen Vorschriften im Bereich des Verwertens der ausgewählten Kunststoff- und Gummiabfälle. Die Resultate der Versuche könnten auch beim Entwerfen anderer technologischer Lösungen genutzt werden, die die Herstellung der Kompositwerkstoffe aus anderen sekundären polymeren Materialien betreffen würden. Es ist bemerkenswert, dass einige Resultate der Arbeit bereits in der industriellen Praxis genutzt werden. Dies betrifft vor allem einen Kompositwerkstoff mit speziellen akustischen Eigenschaften (Werkstoff von bestimmter Impedanz), der sich sehr gut für die Ultraschalltechnik eignet, sowie einen Kompositwerkstoff zur Extrusion von elastischen Kernen bei der Herstellung von Hochdruckschläuchen. Nach Mein

3 mal im Jahr erscheinende Zeitschrift über aktuelle Themen der TU Chemnitz

In the thesis some problems concerning fabrication of composites based on present knowledge and author’s own experience have been revealed. The methods of fabrication of the composites take into consideration following operations like size-reduction, agglomeration and compounding (mixing components) in solid (grainy) state to obtain the composite of determined properties assigned for processing operations like injection moulding, extrusion or press moulding. The experiments were made in lab conditions similar to industrial ones. In each of the above mentioned operations very characteristic factors for individual operation have been observed. Those factors for size-reduction, agglomeration, compounding and press moulding have been presented in table 3.8 (column C). There were no procedures to analyze the fabrication of composites made of thermoplastic film wastes and rubber wastes in connection with properties of components in solid (grainy) state before compounding and press moulding by now. Because of specific basic operations the tests were carriedart on special test stands using phaenomenological methods. The results have enabled determination of the most advantegous directions for designing technological lines within the range of utilization of selected plastics and rubber wastes. The results might also be used for designing other constructional- technological solutions which would concern fabrication of composites based on other secondary polymeric materials., In der Arbeit wurden auf Basis des bisherigen Standes der Technik und der Resultate eigener Arbeiten die mit der Herstellung von Kompositwerkstoffen verbundenen Probleme analysiert. Die gewählte Methodik der Herstellung der Kompositwerkstoffe berücksichtigt die Grundprozesse Zerkleinern, Agglomerieren und Mischen der Komponenten im festen Zustand. Ziel war die Herstellung eines Kompositwerkstoffs mit bestimmten Eigenschaften, der sich durch Spritzgießen, Extrudieren und Pressen verarbeiten lässt. Während der unter praxisnahen Laborbedingungen realisierten Versuche wurden für jeden der o. g. Prozesse die repräsentativsten Einflussfaktoren berücksichtigt. Diese Faktoren für das Agglomerieren, Zerkleinern, Mischen und Pressen wurden näher in der Tabelle 3.8 dargestellt. Bisher gab es einen Mangel an Analyseprozeduren bei der Herstellung der Kompositwerkstoffe aus thermoplastischen Folien und Gummi. Ziel war die Ermittlung des Zusammenhangs der Eigenschaften der Komponenten im festen (körnigen) Zustand vor dem Misch- und nach dem Pressprozess. Wegen der Eigenart der Grundprozesse wurden die Versuche unter Benutzung phänomenologischer Methoden an speziell vorbereiteten Versuchsständen durchgeführt. Die Resultate der Versuche führten zu Richtlinien zum Entwerfen von technologischen Vorschriften im Bereich des Verwertens der ausgewählten Kunststoff- und Gummiabfälle. Die Resultate der Versuche könnten auch beim Entwerfen anderer technologischer Lösungen genutzt werden, die die Herstellung der Kompositwerkstoffe aus anderen sekundären polymeren Materialien betreffen würden. Es ist bemerkenswert, dass einige Resultate der Arbeit bereits in der industriellen Praxis genutzt werden. Dies betrifft vor allem einen Kompositwerkstoff mit speziellen akustischen Eigenschaften (Werkstoff von bestimmter Impedanz), der sich sehr gut für die Ultraschalltechnik eignet, sowie einen Kompositwerkstoff zur Extrusion von elastischen Kernen bei der Herstellung von Hochdruckschläuchen. Nach Mein

Wachsende Anforderungen an die Qualität von Formteilen sowie die Globalisierung der Märkte für Kunststoffprodukte zwingen die kunststoffverarbeitenden Unternehmen, neue moderne Methoden zur Qualitätsverbesserung und zur Kostensenkung einzusetzen. Eine Untersuchung zum Stand der Forschung ergab, dass eine Null-Fehler-Produktion beim Spritzgießen bisher nicht gegeben ist. Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Beitrag zur Qualitätssicherung durch ein prozessnahes Qualitätsmanagement mit dem Ziel, eine kontinuierliche Qualitätsüberwachung und eine Qualitätsregelung für jedes produzierte Formteil zu ermöglichen. Durch den Einsatz von statistischen Versuchsplänen werden die Herstellungsbedingungen beim Spritzgießen optimiert und Modelle zur Einstellung der Maschine sowie zur Überwachung der Qualitätseigenschaften gebildet. Aufbauend auf diesen Modellen wird ein adaptives Regelungssystem entworfen, um Qualitätsabweichungen zu verhindern.

Die Arbeit behandelt die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von naturfaserverstärktem Langfasergranulat. Ausgehend von den speziellen Eigenschaften von Naturfasern und dem Stand der Technik bei der Verarbeitung von naturfaserverstärkten Thermoplasten wird ein neues Verfahrensprinzip für die Herstellung von Langfasergranulat mit Naturfaserverstärkung konzipiert. Die konstruktive Auslegung der einzelnen Anlagenkomponenten wird theoretisch betrachtet und durch geeignete Modelle beschrieben. Mit der praktischen Umsetzung des Verfahrensprinzips werden wesentliche Zusammenhänge zwischen den Prozessbedingungen und den Granulateigenschaften analysiert. Die resultierenden Eigenschaften von Natur-Langfasergranulaten werden phänomenologisch charakterisiert und mit konventionellen Langfasergranulaten verglichen. Unter Anwendung bekannter Modellvorstellungen zu den mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen wird das theoretische Eigenschaftspotenzial von diskontinuierlich langfaserverstärkten Naturfaserverbunden berechnet und durch experimentelle Untersuchungen an flachsfaserverstärktem Polypropylen verifiziert.Abschließend erfolgt die Darstellung der experimentell ermittelten mechanischen, morphologischen und rheologischen Eigenschaften der im Spritzgießverfahren hergestellten Verbunde aus Natur-Langfasergranulaten.