TY - THES

T1 - Experimentelle Validierung eines neu entwickelten Verarbeitungsverfahrens für Elastomere

AU - Treitler, Manuel

N1 - gesperrt bis 02-03-2022

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Elastomere besitzen ein Eigenschaftsprofil, welches die Anforderungen aus der Dichtungsbranche optimal erfüllt. Ihre Herstellung ist jedoch, speziell bei großen Abmessungen und komplexen Geometrien, mit überdurchschnittlich hohen Kosten verbunden. Im Rahmen des FFG Bridge Projekts „RubExject“ (Projektnummer: 855873) erfolgte die Entwicklung eines neuen Verarbeitungsverfahrens für Elastomere, das auf der Exjection®-Technologie beruht und die Nachteile der derzeitigen Herstellungsmethoden kompensiert. Die Exjection®-Technologie ist eine Kombination von Extrusion und Spritzguss, bei der die Kavität in einem beweglichen Verschiebeschlitten eingeformt ist. Vorteil ist die Möglichkeit der Ausformung komplexer Geometrien mit hoher Maßgenauigkeit und gleichzeitig niedrigem Bedarf an Spritzdruck und Schließkraft. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden zur experimentellen Validierung des RubExject Verfahrens zuerst die Systemgrenzen und das mögliche Prozessfenster für eine rußgefüllte, schwefelvernetzende Acrylnitril-Butadien-Kautschukmischung (Nitrile Butadiene Rubber – NBR) ermittelt. Dies ergab, dass nur bei geschlossener Kavität und Einspritzzeiten kleiner als die Scorchzeit Gutteile produziert werden können. Mithilfe eines systematischen Versuchsplans wurden die Auswirkungen der Vulkanisationszeit sowie des Einspritzvolumenstroms auf dichtungsrelevante Zielgrößen wie den Druckverformungsrest, die Bruchspannung und die Bruchdehnung der hergestellten Bauteile untersucht. Längere Prozesszeiten des Verfahrens führen zu niedrigeren Druckverformungsresten das heißt zu höheren Vernetzungsgraden unabhängig von der Zusammensetzung der Prozesszeit (Einspritzzeit und Vulkanisationszeit). Der Vergleich von RubExject Bauteilen mit im Pressverfahren hergestellten Referenzplatten zeigte, dass mit dem RubExject Verfahren ähnliche Bauteileigenschaften erzielt werden können. Ferner wurden deutlich niedrigere Spritzdrücke und Forminnendrücke als beim klassischen Spritzguss von Elastomeren gemessen. Obwohl mit dem RubExject-Verfahren erfolgreich Bauteile herstellbar sind, eignet es sich noch nicht für die Herstellung von Großdichtungen. Allerdings besteht das Potential, das Verfahren auch auf andere Bauteilgeometrien zu übertragen.

AB - Elastomere besitzen ein Eigenschaftsprofil, welches die Anforderungen aus der Dichtungsbranche optimal erfüllt. Ihre Herstellung ist jedoch, speziell bei großen Abmessungen und komplexen Geometrien, mit überdurchschnittlich hohen Kosten verbunden. Im Rahmen des FFG Bridge Projekts „RubExject“ (Projektnummer: 855873) erfolgte die Entwicklung eines neuen Verarbeitungsverfahrens für Elastomere, das auf der Exjection®-Technologie beruht und die Nachteile der derzeitigen Herstellungsmethoden kompensiert. Die Exjection®-Technologie ist eine Kombination von Extrusion und Spritzguss, bei der die Kavität in einem beweglichen Verschiebeschlitten eingeformt ist. Vorteil ist die Möglichkeit der Ausformung komplexer Geometrien mit hoher Maßgenauigkeit und gleichzeitig niedrigem Bedarf an Spritzdruck und Schließkraft. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden zur experimentellen Validierung des RubExject Verfahrens zuerst die Systemgrenzen und das mögliche Prozessfenster für eine rußgefüllte, schwefelvernetzende Acrylnitril-Butadien-Kautschukmischung (Nitrile Butadiene Rubber – NBR) ermittelt. Dies ergab, dass nur bei geschlossener Kavität und Einspritzzeiten kleiner als die Scorchzeit Gutteile produziert werden können. Mithilfe eines systematischen Versuchsplans wurden die Auswirkungen der Vulkanisationszeit sowie des Einspritzvolumenstroms auf dichtungsrelevante Zielgrößen wie den Druckverformungsrest, die Bruchspannung und die Bruchdehnung der hergestellten Bauteile untersucht. Längere Prozesszeiten des Verfahrens führen zu niedrigeren Druckverformungsresten das heißt zu höheren Vernetzungsgraden unabhängig von der Zusammensetzung der Prozesszeit (Einspritzzeit und Vulkanisationszeit). Der Vergleich von RubExject Bauteilen mit im Pressverfahren hergestellten Referenzplatten zeigte, dass mit dem RubExject Verfahren ähnliche Bauteileigenschaften erzielt werden können. Ferner wurden deutlich niedrigere Spritzdrücke und Forminnendrücke als beim klassischen Spritzguss von Elastomeren gemessen. Obwohl mit dem RubExject-Verfahren erfolgreich Bauteile herstellbar sind, eignet es sich noch nicht für die Herstellung von Großdichtungen. Allerdings besteht das Potential, das Verfahren auch auf andere Bauteilgeometrien zu übertragen.

KW - Rubbers

KW - injection molding

KW - extrusion

KW - Exjection

KW - Nitrile Butadiene Rubber

KW - seals

KW - Design of Experiments

KW - Elastomere

KW - Spritzgießen

KW - Extrusion

KW - Exjection

KW - Nitril-Butadien-Rubber

KW - Dichtungen

KW - Design of Experiments

M3 - Masterarbeit

ER -