Ermittlung der Gelzeit mittels Nahinfrarotspektroskopie in der lösungsmittelfreien Prepreg Herstellung

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Ermittlung der Gelzeit mittels Nahinfrarotspektroskopie in der lösungsmittelfreien Prepreg Herstellung. / Schmid, Sebastian.
2024.

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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title = "Ermittlung der Gelzeit mittels Nahinfrarotspektroskopie in der l{\"o}sungsmittelfreien Prepreg Herstellung",
abstract = "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 Probenk{\"o}rpern 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 ber{\"u}hrungslosen Messung der Gelzeit direkt im Produktionsprozess besch{\"a}ftigen. Als eine vielversprechende Messmethode daf{\"u}r gilt die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), die im Inline Monitoring bereits f{\"u}r 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 impr{\"a}gnierten 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 Oberfl{\"a}chenstrukturen 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 f{\"u}r die Modellerstellung dienen die Gelzeiten, welche nach der Industrienorm ISO 15040 bestimmt wurden. Ursachen f{\"u}r Abweichungen wurden identifiziert und bilden die Basis f{\"u}r weitere Untersuchungen. Neben den im Sinn der Aufgabenstellung vorteilhaften Messpositionen wurden auch Tendenzen von st{\"a}rkeren Einfl{\"u}ssen unterschiedlicher Trennfolien auf die gemessenen Spektren identifiziert. Letztlich konnte gezeigt werden, dass eine Ermittlung der Gelzeit mithilfe NIRS m{\"o}glich ist und die PLS-Modelle ausreichend gute Qualit{\"a}t liefern, die eine Bestimmung der Gelzeit erlauben.",
keywords = "Nahinfrarotspektroskopie, Gelzeit, NIRS, Prepreg, Hot-melt, Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe, FKV, Partial Least Squares, PLS, Gelzeitbestimmung, inline-Monitoring, ber{\"u}hrungslose Messung, Verbundwerkstoffe, CFK, GFK, near-infrared spectroscopy, geltime, NIRS, prepreg, hot-melt, fiber-reinforced polymers, FRP, partial least squares, pls, gel time determination, inline-monitoring non-contact measurement, composites, CFK, GFK",
author = "Sebastian Schmid",
note = "nicht gesperrt",
year = "2024",
doi = "10.34901/mul.pub.2024.071",
language = "Deutsch",
school = "Montanuniversit{\"a}t Leoben (000)",

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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

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U2 - 10.34901/mul.pub.2024.071

DO - 10.34901/mul.pub.2024.071

M3 - Masterarbeit

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