Transcript Kunststoffe Mindmap - WT2-NichteisenMetalle-HTW

Verarbeitung
Kunststoffe im
Fahrzeugbau
Allgemein
Hauptgruppen
Faserverstärkte
Kunststoffe
Kunststoffherstellung
Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel)
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Polymerisation
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Polyaddition
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Polykondensation
Anwendungen
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Bis auf das Chassis/Stahlkonstruktion ist fast alles beim
Kfz aus Kunststoff!
z.B. Sitze, Armaturen, Teile der Außenverkleidung,
Inneneinrichtung, Leitungsisolierung…
Besonders wichtig im Fahrzeugbau:
 Harze/Lacke/Kleber
(Duroplaste)
 Verbundwerkstoffe (GfK, CfK)
 Schäume (Duroplaste, Thermoplaste)
Schäume
Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel)
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Entstehen von Gasblasen beim Urformen
Weicher Kern, geschlossene Oberfläche
Vorrangig bei Duroplasten / TPE‘s
Additive
Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel)
Additive sind zusätzliche Bestandteile zur besonderen
Eigenschaftsveränderung
z.B. Farbe, Weichmacher, Treibmittel, Faserverstärkung
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Thermoplaste
Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel)
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Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich unter dem
Einfluss von Wärme plastisch verformen lassen.
Organische Molekülketten
Anordnung amorph oder teilkristallin
Thermoplastisch urformbar
Duroplaste / Duromere
Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel)
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Duroplaste, auch Duromere genannt, sind Kunststoffe,
die nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden
können.
räumlich engmaschig vernetzte Molekülketten
Zersetzung beim Erwärmen
Hohe Zugfestigkeit, spröde
Aus 2 Komponenten, eine Komponente bildet die Basis,
die andere bildet die Zwischenglieder
Elastomere
Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel)
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weitmaschig vernetzte Molekülketten, jedoch etwas
flexibler, da wenige Vernetzungsstellen
Vernetzung und Verhalten beim Erwärmen wie
Duroplaste
Hoher E-Modul
Aus 2 Komponenten
Vergleich mit Metallen
Quelle: Internet: LINK
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Vorteile gegenüber Metall
geringe Dichte, gute Geräusch- und
Schwingungsdämpfung
elektrische Isolation oder einstellbare Leitfähigkeit
gute chemische Beständigkeit, hohe Designfreiheit
hochproduktive Massenfertigungsverfahren
Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen
sehr gute Korrosionsbeständigkeit, thermische Isolation
anwendungsspezifische Modifikationen möglich
Einschränkungen im Vergleich zu Metall
relativ geringe Wärmebeständigkeit, größere
Wärmedehnung
niedrigere mechanische Kennwerte, schlechteres
Recycling
Verwertung von Kunststoffabfällen  LINK
 Recyclingquote bei Altautos ca. 75%, davon sind
nur 1% Kunststoffe - Rest Metalle
 Grund: aufwendige Logistik (Sammeln,
Transportieren, Verteilen)
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Grundlegendes
Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung
Grundlegend muss vor der Verarbeitung in einem
Formgebenden Verfahren, der Rohkunststoff zu einer
verarbeitbaren Kunststoffmasse aufbereitet werden,
dabei wird nach den vom Verarbeiter gewünschten
Rezepturen gearbeitet.
 Thermoplasten: Herstellung eines leicht zu
verarbeitenden Granulates
 Duromeren und Elastomeren: Aufbereitung der meist
flüssigen Reaktionsstoffe
Gießen
Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung
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Spritzgießprozess:
Einziehen des Granulates über die Drehbewegung der Schnecke > Plastifizieren
des Kunststoffs durch Heizbänder und Reibung > Fördern der Formasse zur Düse >
Dosieren der Einspritzmenge vor der Schneckenspitze (wird axial zurückgedrückt)
> Einspritzprozess, durch axiales verschieben der Schnecke zur Düse.
Am häufigsten eingesetzte Verarbeitungsverfahren: durch hohe Stückzahlen bei
gleichbleibender Qualität, kaum Nachbearbeitung und geringen
Werkzeugverschleiß
Spezialverfahren
BILD
Schaumstoffverarbeitung
Spritzgießen - Bild
Spezialverfahren
Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung
Sandwich-Spritzgießen
Beim Sandwich-Spritzgießen wird in eine äußere Hautkomponente ein
umschlossener Kern eingebracht. Die Hautkomponente kann bei einem
Sandwich-Aufbau aus einem anderen, zum Material des Kerns kompatiblen
Material bestehen oder aus einem gleichen Werkstoff.
 Mehrkomponenten-Spritzgießen
Beim Mehrkomponenten-Spritzgießen wird ein Formteil aus mehreren
Komponenten oder Farben auf einer Maschine hergestellt
 Reaktionsspritzgießen
Für die Herstellung von Bauteilen aus Reaktionskunststoffen wurde das
Reaktionsspritzgießen (Reaction Injection Molding – RIM) entwickelt. Die
wichtigste Klasse der Reaktionskunststoffe sind die Polyurethane (PUR),
aber auch Elastomere und Duromere können über dieses Verfahren
verarbeitet werden.
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Schaumstoffverarbeitung
Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung
Ein wichtiges Verfahren in der Fahrzeugindustrie ist das
Spritzgießen von Integralschäumen
Thermoplastischer Schaumspritzguss
Beim (TSG) werden treibmittelhaltige Thermoplaste
verarbeitet. Durch die so im Werkzeug aufschäumenden
Thermoplaste können große Spritzgussteile mit geringer
Dichte hergestellt werden, die zumeist aus einer
ungeschäumten glatten Oberfläche und einem mehr oder
weniger stark geschäumten Kern bestehen.
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Schweißen
Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung
(nur bei Thermoplastischen Kunststoffen möglich!)
 Hochfrequenzschweißen (Türverkleidung, Polsterung)
Im elektrischen Wechselfeld werden die Dipole
polarer Kunststoffe gezwungen, mit der Frequenz des
Wechselfeldes zu schwingen.
Die dadurch erzeugte innere Reibung sorgt für ein
Aufschmelzen der Kunststoffe
 Ultraschallschweißen (teilweise Stoßfänger,
Verkleidungsteile im Innenraum)
Ein Schallwandler erzeugt mechanische Schwingungen.
Durch die hohe mechanische Dämpfung der
Kunststoffe entsteht Wärme und der Kunststoff
plastifiziert im Bereich der Fügezone. Es findet also
ein
Verschweißen durch innere Reibung statt.
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Merkmale
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Beanspruchungsrichtung ist von der Anordnung der
Fasern abhängig
Unidirektional wenn die Fasern alle in eine Richtung
zeigen. (Endlosfasern)
Bidirektional wenn sich die Fasern kreuzen (Gewebe,
Gelege, Geflecht)
Verarbeitung
Harzinjektionsverfahren
Heißpressen
Pultrusionsverfahren
Wickelverfahren
CFK-Valley
Film
Harzinjektionsverfahren (RTM)
Quelle: Internet: LINK
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meist flächige Bauteile
Trennmittel zwischen Pressform und Matte
Matte einlegen
schließen des Werkzeuges
Evakuieren der Luft
Harzinjektion bei gleichzeitiger Entlüftung
Aushärten unter Druck und Temperatur
Achtung: „fiber washing“
wenig überschüssiger Harz
Geringe Investitionskosten
für mittelgroße und große Fertigung
geringe Taktzeiten
Bild
Harzinjektionsverfahren (RTM) - Bild
Heißpressen von SMC, BMC und Prepregs
Quelle: Internet: LINK
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Bei diesem Verfahren sind die Fasern schon mit dem
Harz vorimprägniert
Entweder als teigartige Matten (SMC, Prepregs) oder
als teigartige Masse (BMC)
Trennmittel zwischen Werkzeugform und Werkstoff
erforderlich
Großer Vorteil: Es könne Befestigungselemente in die
Pressform eingelegt werden
Nach schließen der Pressform, Aushärtung unter Druck
und Temperatur
Zykluszeiten von unter 30 sec. möglich
Wickelverfahren
Quelle: Internet: LINK
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Harzgetränkte Endlosfasern werden um eine Holkörper
gewickelt
Mit Mehrachsmaschinen auch komplizierte Formen
möglich
Der benutzte Kern ist entweder wiederverwendbar
oder geht verloren, indem er sich auflöst oder im
Bauteil verbleibt
Bild
Wickelverfahren - Bild
Pultrusionsverfahren
Quelle: Internet: LINK
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Endlosziehen von Profielen
Bild 1
Fäden werden mit Harz getränkt
Bild 2
In Form gebracht
Gehärtet (bei Duroplasten durch Erwärmung; bei
Thermoplasten durch Abkühlen)
Vorschub durch Ziehwerkzeug
3 m/min bei Duroplasten (durch Heiz- und Härtezeite)
9 m/min bei Thermoplasten (weil nur abgekühlt
werden muss)
Pultrusionsverfahren – Bild 1
Pultrusionsverfahren – Bild 2
Halbzeuge
Quelle: Internet: LINK
- Garne aufgewickelt auf Rollen (Endlosfasern)
- Fasermatten ohne Matrix. Als Gewebe, Gelege und
Gestrick
- Fasermatten mit Matrix. Als Gewebe, Gelege und Gestrick
SMC:
BMC:
Prepreg:
GMT:
LFT:
Sheet-Moulding-Compound: mit Harz
vorimprägnierte Matten
Bulk-Moulding-Compound: Sauerkrautartige
Masse mit Fasern
Vorimprägnierte Fasermatten : endlose Fasern
mit Harz
Glasmattenverstärkte Thermoplaste
Langfaserverstärkte Thermoplaste
Aufbau
Quelle: Internet: LINK
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Kurze und lange Fasern eingebettet in einer Kunststoff
(Matrix).
Fasermaterial: Kohlenstofffaser, Glasfaser,
Aramidfaser (Kevlar)
Matrix: Duroplaste, Thermoplaste