Beteiligungen

Aufgrund der deutlich unterschiedlichen Verarbeitungsbereiche von Polyhydroxybutyrat (PHB) und Polyamid 6 (PA 6) ist die gemeinsame Verarbeitung der beiden Polymere eine verfahrenstechnische Herausforderung. Um die Verträglichkeit und Prozessfähigkeit der PA 6-PHB-Blends beurteilen zu können, wurde somit zunächst ein geeigneter Aufbereitungsprozess auf einem Doppelschneckenextruder entwickelt. Zudem erfolgte die Herstellung von maleierten PHB (C) als Verträglichkeitsvermittler. An zwei- und dreikomponentigen Blends konnte gezeigt werden, dass die Herstellung der Blends möglich ist, diese jedoch zu ausgeprägter Koaleszenz neigen. Die C-Typen bewirken zwar teilweise eine Verfeinerung der Morphologie, vermeiden die Koaleszenz jedoch nicht effektiv. Durch rasterkraftmikroskopische Aufnahmen und mechanische Untersuchungen kann allerdings eine begrenzte Kompatibilisierwirkung nachgewiesen werden. Zudem wird deutlich, dass ein synergistischer Versteifungseffekt zu erhöhten Zugmoduln der Blends führt. Hierdurch werden im spritztrockenen Zustand bis zu 131% des reinen PA 6-Wertes und nach der Konditionierung 151% erreicht. Mittels dynamischer Differenzkalorimetrie und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie konnte der Effekt auf die Erhöhung der Kristallinität zurückgeführt werden.

Promotionsausschuss

Vorsitzender:   Prof. Dr. rer. nat. W. Reimers, Technische Universität Berlin
Gutachter:        Prof. Dr.-Ing. D. W. Auhl, Technische Universität Berlin
Gutachter:        Prof. Dr.-Ing. R. Weinlein, ikd, Hochschule Darmstadt

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 17.12.2019, Technische Universität Berlin

Generative Fertigungsverfahren sind im industriellen Umfeld seit mehr als 30 Jahren ein weitverbreitetes Werkzeug zur Herstellung von Prototypen. Das Fused Layer Manufacturing (FLM) generiert im 2½-dimensionalen Strangablageverfahren Anschauungsmuster aus thermoplastischen Filamenten. Dass dieses Verfahren sich nur sehr eingeschränkt für die Herstellung von Funktionsmustern eignet, liegt in der starken Anisotropie der Schichtbauteile begründet. Die Schwachstelle der Bauteile mit Mesostruktur stellt die Haftung der einzelnen Bauteilebenen zueinander dar. Verringerte Hafteigenschaften in den Fügenähten werden in den Randzonen zusätzlich von fortwährend eingebrachten Spannungskonzentrationen überlagert.

Eine räumlich wie auch softwareseitig offene Low-Cost-FLM-Anlage mit Investitionskosten von ca. 1000 € wird um eine In-Line-Oberflächenaktivierung erweitert. Durch diese Erweiterung mit Kosten von unter 250 € ist es gelungen, die Schichthaftung wesentlich zu verbessern. Wird eine Bauteilschicht vor dem Auftrag der nächsten mit infraroter Strahlung oder Heißluft aktiviert und somit die Temperatur im Moment des Fügens erhöht, so wird auch der kohäsive Anteil in der Fügezone gesteigert. Diese interlaminaren, molekularen Verschlaufungen müssen bei der zerstörenden Schlagprüfung nach Charpy gelöst werden, was sich augenscheinlich durch das Entstehen von Weißbruch abzeichnet. Die Erhöhung der Schlagarbeit zur Zerstörung der Prüfkörper mit aktivierter Oberfläche ist repräsentativ für die Steigerung der Schichthaftung. Anhand einer mikroskopischen Bruchflächenanalyse wird nachgewiesen, dass der kohäsive Anteil an der Gesamtfläche durch die Oberflächenaktivierung erhöht wird.

Die Fertigung und Prüfung der untersuchten Probekörpergeometrien auf einer High-End-FLM-Anlage mit geschlossenem, auf 75 °C temperierten Bauraum und Investitionskosten von circa 15.000 € führt zu ähnlichen Schichthaftungswerten wie bei der Low-Cost-FLM-Anlage und validiert die Funktionalität des weiterentwickelten Verfahrens.

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 03.09.2018, Technische Universität Berlin

Das initiale Aufschmelzen von thermoplastischen Polymeren durch plastische Energiedissipation ist nicht hinreichend verstanden und bildet noch heute eine entscheidende Wissenslücke bei der Prozessbeschreibung des gleichläufigen Doppelschneckenextruders.

Es wird ein Testaufbau vorgestellt, bei dem das Fördern, die Kompression und die Deformation von Kunststoffgranulat im Querschnitt der Plastifizierzone eines Doppelschneckenextruders beobachtet und aufgezeichnet werden kann. Es wurden systematisch Untersuchungen mit unterschiedlichen Drehzahlen, Temperaturen, thermoplastischen Polymeren, Granulatgeometrien und Füllgraden durchgeführt, um deren Einfluss auf das initiale Aufschmelzen durch plastische Energiedissipation darzustellen. Die Auswertung erfolgte mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und Drehmomentmessung. Dieser Aufbau machte es erstmalig möglich, Einblicke auf die signifikanten Einflussparameter des initialen Aufschmelzens durch plastische Energiedissipation von thermoplastischen Kunststoffen bei der Verarbeitung auf gleichläufigen Doppelschneckenextrudern zu erhalten.

Die Untersuchungen haben ergeben, dass dem Material bei der plastischen Energiedissipation in kürzester Zeit viel Energie zugeführt wird. Dies führt zu einem lokalen Temperaturanstieg von ca. 21K in wenigen Hundertstelsekunden. Das Polymer mit seinen mechanischen und thermodynamischen Eigenschaften nimmt einen entscheidenden Einfluss auf den Energieeintrag. Die Materialmenge, die im Zwickelbereich deformiert wird, hängt vor allem von der Granulatgröße ab. Bei steigender Drehzahl und steigendem Druck wird dem Material mehr Energie zugeführt.

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 20.07.2018, Technische Universität Berlin

In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, mit einer modifizierten Anlage einen Hochtemperaturthermoplasten (PPS) mittels Laserstrahlsintern zu verarbeiten.

Durch die Analyse und Optimierung von PPS war es möglich Charakterisierungsmethoden zu bewerten. Hierbei diente Polyamid 12 als Referenz. Dabei hat sich gezeigt, dass einzelnen Messverfahren zur Ermittlung der Riesel‐ bzw. Fließfähigkeit untereinander die gleiche Tendenz erkennen lassen, allerdings nicht direkt miteinander vergleichbar sind. Jede Messmethode ist für sich selbst aussagekräftig, kann aber nicht übertragen werden. Die Versuche zeigen, dass die Fließfähigkeit sehr stark von der Partikelform und deren Größe abhängig ist. Insbesondere hat die Korngrößenverteilung einen maßgeblichen Einfluss. Ebenso spielen die interpartikulären Haftkräfte im Pulver eine tragende Rolle.

Die Prozessführung hat den signifikantesten Einfluss auf die Bauteilgüte. Somit ist die verfügbare und verwendete Anlagentechnik von entscheidender Rolle. Hier besteht generell ein starker Verbesserungsbedarf, insbesondere bei der Verarbeitung alternativer Polymere kommt dies zum Tragen. Begründet ist dies durch die erforderliche exaktere Prozessführung nahe an der Polymer‐Kennlinie.

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 14.07.2016, Technische Universität Berlin

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 07.07.2015, Technische Universität Berlin

Um Kunststoffe gezielt elektrisch leitfähig auszurüsten, werden beim Compoundieren Füllstoffe in die Polymermatrix gemischt. Nimmt man die schwarze Farbe in Kauf, dann ist Ruß das Mittel der Wahl, weil es am besten zu verarbeiten und am wirtschaftlichsten ist. Der Mischvorgang stellt die größte Herausforderung an den Compoundeur dar. Für ein gutes Compound soll der Ruß unter Beibehaltung seiner – scherempfindlichen – Struktur homogen in der Polymermatrix verteilt werden. Wenn es gelingt, die Struktur des Rußes zu erhalten, kann ein durchgehendes, elektrisch leitfähiges Netzwerk des Rußes mit geringerem Füllstoffanteil erreicht werden. Diese Arbeit untersucht den Einfluss der Verfahrenstechnik eines Planetwalzenextruders (PWE) auf die elektrische Leitfähigkeit von rußgefüllten Polyolefinen. Dazu werden Compounds auf Basis teilkristalliner Kunststoffe unter verschiedenen Verarbeitungsbedingungen und mit unterschiedlichen Rußgehalten hergestellt. Ermittelt wird die elektrische Leitfähigkeit an spritzgegossenen und gepressten Probekörpern. Außer den elektrischen werden morphologische und mechanische Eigenschaften untersucht. Beim Verfahren des Spritzgießens führt die Dosierung direkt in die Schmelze zur höchsten elektrischen Leitfähigkeit, beim Verfahren des Plattenpressens zur geringsten. Eine weitere Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass die elektrische Leitfähigkeit weniger von der Verfahrenstechnik des Planetwalzenextruders beeinflusst wird als von der Rußsorte, dem Rußgehalt und dem Verarbeitungsverfahren. Bei der Betrachtung der mechanischen Eigenschaften der Probekörper wird erwartungsgemäß festgestellt, dass die Kerbschlagzähigkeit und die Dehnungswerte mit zunehmendem Rußgehalt abnehmen, die für die Festigkeit relevanten Kennwerte wie Zugmodul und Bruchspannung jedoch verbessert werden.

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 10.12.2013, Technische Universität Berlin

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 01.11.2011, Technische Universität Berlin