Inline Process Monitoring Using Near-Infrared Spectroscopy in Liquid Composite Molding Processes: Measurement and Analysis of Critical Parameters in Epoxy/Amine Resin Systems

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Steigende Anforderungen an Qualitätssicherung, Prozessstabilität und -kontrolle erzeugen den Bedarf nach effizienter Erfassung, Verarbeitung und Analyse von Prozess- bzw. Produkt-relevanten Messgrößen während der Fertigung, also inline. bereits im Prozess, also inline. Häufig bringt dies außerdem ökonomische und ökologische Vorteile, durch eine Reduzierung des Ausschusses und kürzere Prozesszeiten. Welche Parameter inline messbar sind, hängt von der jeweiligen Technologie ab. Eine bei der Verarbeitung Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff bisher kaum zum inline Monitoring untersuchte, aber breit anwendbare Technologie ist die Nahinfrarot Spektroskopie (engl. Near-infrared spectroscopy). Sie nutzt die, von elektromagnetischen Wellen im Bereich von 750 2500 nm angeregten Kombinations- und Obertonschwingungen funktioneller Gruppen. Aus den gemessenen Spektren können Parameter, mittels Partial Least Square Regression bestimmt werden, die mit den Konzentrationen funktioneller Gruppen im Messvolumen in Zusammenhang stehen. In der vorliegenden Arbeit werden Anwendungsmöglichkeiten der Nahinfrarot Spektroskopie zur Überwachung von Flüssigimprägnierverfahren (engl. liquid composite moulding) Prozessen untersucht. Flüssigimprägnierverfahren wurden als Beispiel gewählt, da sich hier die wesentlichen Prozessschritte in Bezug auf die Verarbeitung des Harzsystems gut messen lassen. Außerdem erlaubt sie die Betrachtung unterschiedlicher aber relevanter Messfälle, wie bspw. am reinen Harzsystem, durch Folien hindurch oder in geschlossenen Formwerkzeugen. Inline gemessen wurden dabei die Faserfeuchtigkeit von Naturfasern, das Mischungsverhältnis des Harzes und der Aushärtegrad. Außerdem wurde untersucht wie sich Mischungsverhältnis und Aushärtegrad gegenseitig beeinflussen, da die Bestimmung beider Parameter auf den gleichen funktionellen Gruppen beruht. Als Spektrometer wurden dabei miniaturisierte Spektrometer der NIRONE Reihe verwendet. Diese zeichnen sich durch ein geringes Gewicht und Kosten, sowie simple Handhabung aus. Allerdings haben sie gegenüber klassischen Prozessspektrometern eine erhöhte Messzeit und schlechtere physikalische Auflösung. Im Rahmen der Arbeit gelang es für die drei genannten Parameter Methoden für die Bestimmung der notwendigen Referenzwerte zu etablieren. Für alle drei Parameter konnten Regressionsmodelle zur Vorhersage der gemessenen Werte entwickelt werden. Die Leistungsfähigkeit der miniaturisierten Spektrometer und die bereite der Anwendungsmöglichkeiten der Nahinfrarot Spektroskopie zum Prozessmonitoring der Verarbeitung von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff wurde erfolgreich demonstriert.

Details

Titel in ÜbersetzungInline-Prozessüberwachung mittels Nahinfrarotspektroskopie in Flüssigimprägnierverfahren: Messung und Analyse kritischer Parameter in Epoxy-/Amine-Harzsystemen
OriginalspracheEnglisch
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 1800