Buch, Deutsch, 184 Seiten, PB, Format (B × H): 148 mm x 210 mm, Gewicht: 276 g
Buch, Deutsch, 184 Seiten, PB, Format (B × H): 148 mm x 210 mm, Gewicht: 276 g
Reihe: Textiltechnik/ Textile Technology
ISBN: 978-3-8440-1934-6
Verlag: Shaker
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer Technologiekette für die wirtschaftliche Produktion von thermoplastischen Verbundbauteilen mit verbesserten strukturmechanischen Eigenschaften (Zug- und Biegefestigkeit, Steifigkeit unter Zug- und Biegebelastung, Impacteigenschaften).
Der wissenschaftliche Ansatz zur Verbesserung der Verbundperformance basiert auf der Modifizierung der thermoplastischen Matrix durch Nanopartikel. Die methodische Vorgehensweise der Arbeit wird in Abbildung 2-1 dargestellt.
Einen Meilenstein dieser Arbeit stellt die Entwicklung und Produktion von Filamentgarnen mit einer homogenen Verteilung der Nanopartikel auf der Mikroebene des Verbundwerkstoffes dar. Zum Erreichen dieses Meilensteins werden in Zusammenarbeit mit dem Institut für Verbundwerkstoffe GmbH, Kaiserslautern, verschiedene Polypropylen (PP)- und Polyamid (PA)- Nanocompounds erzeugt und hinsichtlich ihrer mechanischen und thermodynamischen Eigenschaften charakterisiert. Zur Charakterisierung der Qualität der Partikelverteilung in Compounds wird eine neue methodische Vorgehensweise vorgestellt, die eine schnelle Alternative der mikroskopischen Untersuchungen bietet und die Analyse von größeren Materialmengen ermöglicht.
Im weiteren Verlauf der Prozesskette werden die Nanocompounds zu Filamentgarnen verarbeitet. Um einen stabilen und somit wirtschaftlichen Spinnprozess zu ermöglichen, werden anhand vom empirischen Untersuchungen geeignete Filterkonfigurationen abgeleitet. Mit den neuen Filterpaketen werden Garne unter praxisnahen Prozessbedingungen und mit industrierelevanten Prozessgeschwindigkeiten (bis zu 4.500 m/min) produziert. Um den Einfluss der Nanopartikel auf die textiltechnischen und physikalischen Eigenschaften der Filamentgarne zu charakterisieren, werden diese mittels standardisierter Versuchsreihen ermittelt und analysiert.
Einen weiteren Meilenstein der Arbeit stellt die Entwicklung und Produktion von nanomodifizierten Verbundbauteilen dar, die eine homogene Partikelverteilung auf der Makroebene des Composites aufweisen. Um eine gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel zu erzielen, werden die nanomodifizierten thermoplastischen Filamente mit den entsprechenden Hochleistungsfasern commingelt. Anhand einer Computational Fluid Dynamics (CFD)- Simulation werden bestehende Comminglingdüsen modifiziert und für die Verarbeitung von Garnen mit einer Gesamtfeinheit im Bereich zwischen 1.200 und 4.800 tex ausgelegt. Ein Maß für die Qualität des Comminglingprozesses liefern die Zugfestigkeit der Comminglinggarne und der Durchmischungsgrad der einzelnen Komponenten im Garnquerschnitt. Zur Quantifizierung der Komponentendurchmischung in den Garnen wird in Kap. 5.2.3 eine neue Methodik erarbeitet.
Die nanomodifizierten Hybridgarne werden anschließend zu semi-imprägnierten textilen Halbzeugen verarbeitet. Es handelt sich um Gelegeund Gewebestrukturen, die aufgrund ihrer Architektur eine lastgerechte, aber dennoch homogene Lage der Comminglinggarne im Halbzeug aufweisen. Die nanomodifizierten thermoplastischen Halbzeuge werden in einem einzigen Prozessschritt konsolidiert und zum Bauteil umgeformt. Anhand standardisierter Versuchsreihen werden die strukturmechanischen sowie die Impacteigenschaften der nanomodifizierten Verbundbauteile ermittelt und mit denen von Referenzproben ohne Nanopartikel verglichen. Mittels dieser Kennwerte wird der Einfluss der Nanoadditivierung auf die Eigenschaften von endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundbauteilen ermittelt.
Einen wichtigen Aspekt der Arbeit stellt die durchgeführte Wirtschaftlichkeitsanalyse der Prozesskette dar. Basierend auf der Methodik der Fertigungsverkettung wird die neue Prozesskette mit den vorhandenen Technologieketten der Blechverarbeitung und der Umformung von Organoblechen verglichen. Als Produktionszielgrößen für den Vergleich wurden die Herstellkosten, die Produktqualität bzw. der Ausschuss und die Taktzeiten ausgewählt.
