TY - THES

T1 - Entwicklung und konstruktive Umsetzung serientauglicher Werkzeuglösungen für die In-situ-Polymerisation von Caprolactam zur Herstellung faserverstärkter Thermoplastbauteile

AU - Schoefer, Gerald

N1 - gesperrt bis 06-11-2021

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Die In-situ-Polymerisation von Caprolactam im Spritzgusswerkzeug hat das Potential, großserientauglich die Herstellung von gewebeverstärkten Leichtbauteilen mit komplexen Geometrien zu ermöglichen. Hierbei werden die Gewebestrukturen aus Glasfaser, Carbonfaser oder ähnlichem mit niedrigviskosem Caprolactam in Verbindung mit Aktivatoren und Katalysatoren sowie Additiven infiltriert, welche anschließend direkt im Werkzeug zu PA6 polymerisieren. Bedingt durch die resultierende thermoplastische Matrix können im Anschluss an die Polymerisation sowohl die aus der Thermoplastverarbeitung bekannten Verform- und Schweißvorgänge, als auch Spritzguss ohne weitere Vorbehandlung angeschlossen werden. Zudem ermöglicht die thermoplastische Matrix ein Werkstoffrecycling. Bedingt durch die äußerst geringe Viskosität des Caprolactams und den erforderlichen Additiven sind die im herkömmlichen Spritzguss üblichen Ausführungsdetails zur Werkzeuggestaltung nicht ausreichend. Die, aus der ebenfalls bekannten Duroplastverarbeitung (RIM—Reaction Injection Moulding, RTM—Resin Transfer Moulding) bekannten Lösungen, sind zwar grundsätzlich technisch geeignet, entsprechen aber vor allem hinsichtlich möglicher Prozesszeiten und Automatisierungsgraden nicht den Ansprüchen der Großserienfertigung. Ziel der Masterarbeit war es, serientaugliche Werkzeugkomponenten auszulegen, zu optimieren und auf ihre Serientauglichkeit zu verifizieren. Spezielles Augenmerk lag dabei auf der werkzeugintegrierten Mischeinheit, der Werkzeugabdichtung in der Trennebene, der Ausführung beweglicher Elemente im Werkzeug, sowie geeigneter Temperiersysteme zur Gewährleistung gleichmäßiger Polymerisation bei gleichzeitig ausreichender thermischer Trennung zum Materialförderbereich. Ferner wurden prozessübergreifende Aspekte für einen serientauglichen und wirtschaftlichen Prozess im Zuge eines Messeprojektes für die K2016 in Düsseldorf untersucht.

AB - Die In-situ-Polymerisation von Caprolactam im Spritzgusswerkzeug hat das Potential, großserientauglich die Herstellung von gewebeverstärkten Leichtbauteilen mit komplexen Geometrien zu ermöglichen. Hierbei werden die Gewebestrukturen aus Glasfaser, Carbonfaser oder ähnlichem mit niedrigviskosem Caprolactam in Verbindung mit Aktivatoren und Katalysatoren sowie Additiven infiltriert, welche anschließend direkt im Werkzeug zu PA6 polymerisieren. Bedingt durch die resultierende thermoplastische Matrix können im Anschluss an die Polymerisation sowohl die aus der Thermoplastverarbeitung bekannten Verform- und Schweißvorgänge, als auch Spritzguss ohne weitere Vorbehandlung angeschlossen werden. Zudem ermöglicht die thermoplastische Matrix ein Werkstoffrecycling. Bedingt durch die äußerst geringe Viskosität des Caprolactams und den erforderlichen Additiven sind die im herkömmlichen Spritzguss üblichen Ausführungsdetails zur Werkzeuggestaltung nicht ausreichend. Die, aus der ebenfalls bekannten Duroplastverarbeitung (RIM—Reaction Injection Moulding, RTM—Resin Transfer Moulding) bekannten Lösungen, sind zwar grundsätzlich technisch geeignet, entsprechen aber vor allem hinsichtlich möglicher Prozesszeiten und Automatisierungsgraden nicht den Ansprüchen der Großserienfertigung. Ziel der Masterarbeit war es, serientaugliche Werkzeugkomponenten auszulegen, zu optimieren und auf ihre Serientauglichkeit zu verifizieren. Spezielles Augenmerk lag dabei auf der werkzeugintegrierten Mischeinheit, der Werkzeugabdichtung in der Trennebene, der Ausführung beweglicher Elemente im Werkzeug, sowie geeigneter Temperiersysteme zur Gewährleistung gleichmäßiger Polymerisation bei gleichzeitig ausreichender thermischer Trennung zum Materialförderbereich. Ferner wurden prozessübergreifende Aspekte für einen serientauglichen und wirtschaftlichen Prozess im Zuge eines Messeprojektes für die K2016 in Düsseldorf untersucht.

KW - In-situ-Polymerisation

KW - Caprolactam

KW - Spritzgusswerkzeug

KW - Leichtbau

KW - Werkzeugabdichtung

KW - Mischsystem

KW - in-situ-polymerization

KW - caprolactam

KW - injection-mould

KW - lightweight-components

KW - mixinghead

KW - mould-sealing

M3 - Masterarbeit

ER -