Christian Marschik,
"Thermoplastische Pultrusion- Analyse und Optimierung einer Pultrusionsdüse zur Herstellung von axial verstärkten Endlosbändern"
, 9-2014
Original Titel:
Thermoplastische Pultrusion- Analyse und Optimierung einer Pultrusionsdüse zur Herstellung von axial verstärkten Endlosbändern
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Das Pultrusionsverfahren ist das älteste kontinuierlich arbeitende Fertigungsverfahren zur Herstellung von Endlosprofilen aus faserverstärktem Kunststoff. Obwohl Thermoplaste aufgrund ihrer chemischen Struktur ein hohes Potential als Matrixwerkstoffe aufweisen, befindet sich die thermoplastische Pultrusion noch in der Entwicklungsphase. Dies ist auf die hohe Schmelzeviskosität thermoplastischer Matrices zurückzuführen, die Probleme bei der kontinuierlichen Faserimprägnierung bereitet.
Die vorliegende Masterarbeit untersucht theoretisch und experimentell eine vor Beginn der Arbeit gefertigte Pultrusionsdüse zur Herstellung von axial verstärkten Endlosbändern mit thermoplastischen Matrices. Schwerpunkt dieser Analyse ist die Bewertung des Imprägnierungsverhaltens der Pultrusionsdüse. Ausgangspunkt ist die Ausarbeitung mathematischer Grundlagen zur analytischen Strömungsberechnung in Schlitzdüsen. Mit Hilfe eines bekannten, mathematischen Modells nach Koubaa et al. wird der Eindringprozess thermoplastischer Schmelzen in poröse Fasermedien beschrieben und wesentliche Einflussgrößen auf den Imprägnierungsprozess herausgearbeitet. Zur experimentellen Untersuchung der Pultrusionsdüse wurden Versuche auf der am Institut errichteten Pultrusionsanlage durchgeführt. Als Faserwerkstoff wurden E-Glasfasern verwendet. Um Aussagen hinsichtlich des Einflusses der Schmelzeviskosität auf den Imprägnierungsprozess treffen zu können, wurden unterschiedliche Polypropylen und Polyamid Typen eingesetzt. Zur Steuerung der Verweilzeit der Verstärkungsfasern in der Pultrusionsdüse wurde die Düsenlänge durch ein modulares Düsendesign flexibel variiert. Die Abzugsgeschwindigkeit wurde konstant gehalten.
Die Querschnitte der pultrudierten Flachbänder wurden mit einem Lichtmikroskop untersucht. Ziel war es, die berechneten Ergebnisse mit den experimentellen Daten zu vergleichen und den Einfluss wesentlicher Parameter wie u.a. Schmelzeviskosität und Verweilzeit auf den Imprägnierungsprozess aufzuzeigen. Auf Basis der berechneten Ergebnisse und experimentell erhaltenen Versuchsdaten wird eine Empfehlung hinsichtlich einer Optimierung der Fließgeometrie der bestehenden Pultrusionsdüse abgegeben. Schwerpunkt dieser Optimierung ist die Verbesserung des Imprägnierungsergebnisses.