Ermittlung der Gelzeit mittels Nahinfrarotspektroskopie in der lösungsmittelfreien Prepreg Herstellung
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Masterarbeit
Standard
2024.
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Masterarbeit
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TY - THES
T1 - Ermittlung der Gelzeit mittels Nahinfrarotspektroskopie in der lösungsmittelfreien Prepreg Herstellung
AU - Schmid, Sebastian
N1 - nicht gesperrt
PY - 2024
Y1 - 2024
N2 - Die Bestimmung der Gelzeit von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen (FKV) mit duromerer Harzmatrix kann auf verschiedene Arten erfolgen. In der industriellen Praxis erfolgt die Bestimmung der Gelzeit in der Regel nach der ISO-Norm 15040:1999. Dabei wird mit einer beheizten Presse Harz aus Probenkörpern mit definierter Geometrie gepresst und die Zeit gemessen, bis dieser Harztropfen geliert. Es existieren jedoch nur sehr wenige Arbeiten, welche sich mit einer schnellen und vor allem berührungslosen Messung der Gelzeit direkt im Produktionsprozess beschäftigen. Als eine vielversprechende Messmethode dafür gilt die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), die im Inline Monitoring bereits für die Bestimmung unterschiedlicher Materialparameter eingesetzt wird. Aus diesem Grund wurden entlang einer Prepreg-Produktionsanlage auf Basis des Hot-Melt Verfahrens verschiedene Messpositionen eingerichtet, an denen Spektren vom imprägnierten Glasgewebe an unterschiedlichen Abschnitten des Prepreg-Herstellungsprozesses aufgenommen wurden. Die gemessenen Spektren entsprechen somit unterschiedlichen Stufen im Prepreg-Produktionsprozess. Daraufhin wird der Einfluss von unterschiedlichen Heizfeldtemperaturen sowie der Einfluss der unterschiedlichen Trennfolienfarben und Oberflächenstrukturen auf die Spektren untersucht. Auf Basis der gemessenen Spektren wurden mit dem Partial Least Squares (PLS) Verfahren Modelle entwickelt, welche die Gelzeiten der Prepregs bestimmen. Als Referenzwerte für die Modellerstellung dienen die Gelzeiten, welche nach der Industrienorm ISO 15040 bestimmt wurden. Ursachen für Abweichungen wurden identifiziert und bilden die Basis für weitere Untersuchungen. Neben den im Sinn der Aufgabenstellung vorteilhaften Messpositionen wurden auch Tendenzen von stärkeren Einflüssen unterschiedlicher Trennfolien auf die gemessenen Spektren identifiziert. Letztlich konnte gezeigt werden, dass eine Ermittlung der Gelzeit mithilfe NIRS möglich ist und die PLS-Modelle ausreichend gute Qualität liefern, die eine Bestimmung der Gelzeit erlauben.
AB - Die Bestimmung der Gelzeit von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen (FKV) mit duromerer Harzmatrix kann auf verschiedene Arten erfolgen. In der industriellen Praxis erfolgt die Bestimmung der Gelzeit in der Regel nach der ISO-Norm 15040:1999. Dabei wird mit einer beheizten Presse Harz aus Probenkörpern mit definierter Geometrie gepresst und die Zeit gemessen, bis dieser Harztropfen geliert. Es existieren jedoch nur sehr wenige Arbeiten, welche sich mit einer schnellen und vor allem berührungslosen Messung der Gelzeit direkt im Produktionsprozess beschäftigen. Als eine vielversprechende Messmethode dafür gilt die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), die im Inline Monitoring bereits für die Bestimmung unterschiedlicher Materialparameter eingesetzt wird. Aus diesem Grund wurden entlang einer Prepreg-Produktionsanlage auf Basis des Hot-Melt Verfahrens verschiedene Messpositionen eingerichtet, an denen Spektren vom imprägnierten Glasgewebe an unterschiedlichen Abschnitten des Prepreg-Herstellungsprozesses aufgenommen wurden. Die gemessenen Spektren entsprechen somit unterschiedlichen Stufen im Prepreg-Produktionsprozess. Daraufhin wird der Einfluss von unterschiedlichen Heizfeldtemperaturen sowie der Einfluss der unterschiedlichen Trennfolienfarben und Oberflächenstrukturen auf die Spektren untersucht. Auf Basis der gemessenen Spektren wurden mit dem Partial Least Squares (PLS) Verfahren Modelle entwickelt, welche die Gelzeiten der Prepregs bestimmen. Als Referenzwerte für die Modellerstellung dienen die Gelzeiten, welche nach der Industrienorm ISO 15040 bestimmt wurden. Ursachen für Abweichungen wurden identifiziert und bilden die Basis für weitere Untersuchungen. Neben den im Sinn der Aufgabenstellung vorteilhaften Messpositionen wurden auch Tendenzen von stärkeren Einflüssen unterschiedlicher Trennfolien auf die gemessenen Spektren identifiziert. Letztlich konnte gezeigt werden, dass eine Ermittlung der Gelzeit mithilfe NIRS möglich ist und die PLS-Modelle ausreichend gute Qualität liefern, die eine Bestimmung der Gelzeit erlauben.
KW - Nahinfrarotspektroskopie
KW - Gelzeit
KW - NIRS
KW - Prepreg
KW - Hot-melt
KW - Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe
KW - FKV
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KW - Gelzeitbestimmung
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KW - berührungslose Messung
KW - Verbundwerkstoffe
KW - CFK
KW - GFK
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KW - hot-melt
KW - fiber-reinforced polymers
KW - FRP
KW - partial least squares
KW - pls
KW - gel time determination
KW - inline-monitoring non-contact measurement
KW - composites
KW - CFK
KW - GFK
U2 - 10.34901/mul.pub.2024.071
DO - 10.34901/mul.pub.2024.071
M3 - Masterarbeit
ER -