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

KW - Partial Least Squares

KW - PLS

KW - Gelzeitbestimmung

KW - inline-Monitoring

KW - berührungslose Messung

KW - Verbundwerkstoffe

KW - CFK

KW - GFK

KW - near-infrared spectroscopy

KW - geltime

KW - NIRS

KW - prepreg

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 -