|
7643 |
|
Wednesday, September 21, 2022, TZ 6 4:00 PM Moderne Schweißverfahren - Laserstrahlschweißen II |
|
Wirkanalyse von Selbstheilungsmechanismen für thermoplastische, mediendichte Spritzgussgehäuse“ – SelHG |
|
Anas Hallak / Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Deutschland Jürgen Wilde / Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Deutschland Rainer Frank*/ Friedrich-Alexander-Universität, Deutschland |
|
Ziel des Vorhabens ist die wissenschaftlich fundierte Untersuchung von Selbstheilungsmechanismen zur Prävention und Versiegelung von Schädigungen in spritzgegossenen Kunststoffgehäusen an metallischen Durchführungen, die infolge von Alterung, thermischer und mechanischer Belastung entstehen, und zu Leckagen führen können. Die ausgewählten Strategien der Selbstheilung bzw. Selbstdichtung basieren auf dem Einsatz flexibler und viskoser Schichten, zwischen Metalleinleger und Kunststoffgehäuse, die in Schädigungen wie Risse eindringen und diese am Wachstum hindern oder sie in der Entstehungsphase direkt wieder verschließen. Für die Zwischenschicht wurden zwei Haftvermittlersysteme auf Acrylat- und Epoxid-Basis ausgewählt. Dabei handelt es sich um dualhärtende Systeme, die im Prozess zunächst aufgebracht und dann mit UV-Strahlung auf einem Metalleinleger vorgehärtet und im Werkzeug durch den Spritzgussprozess thermisch ausgehärtet werden. Die zwei Aushärtungsstufen der Haftvermittler wurden thermisch und rheologisch analysiert. Die zur Modellierung des Selbstheilungseffekts notwendigen viskoelastischen und thermo-mechanischen Eigenschaften der Haftvermittler wurden in Abhängigkeit der Vernetzungsgrade bestimmt. Zur Untersuchung der Fließfähigkeit der Haftvermittler wurde ein Druckversuch, basierend auf dem Strangpressverfahren, entwickelt. Dabei werden die Fließspannungen für unterschiedliche Bedingungen bestimmt. Das Eindringverhalten des Haftvermittlers in rissähnliche Strukturen wurde an Metallgittern unterschiedlicher Maschenweite, definierten Bohrungen und definiert induzierten Rissen in PA66 Platten und Templates geprüft. Die Strukturierung der Haftvermittler durch die Metallgitter und PDMS Templates wurde mittels Weißlichtinterferometrie, das Eindringverhalten in Bohrungen und Risse mittels Lichtmikroskopie und CT-Analyse charakterisiert. Temperatur- und druckinduzierte Selbstheilungs¬mechanismen wurden analytisch an speziell präparierten spritzgegossenen Probekörpern optisch sowie in der Offline- und Online-Dichteprüfung getestet. Zur systematischen Untersuchung der verschiedenen Einflussgrößen und Wirkmechanismen wurden relevante Prozessparameter in vier Versuchsreihen von Bauteilproben variiert. Die Teilefertigung der ersten zwei Versuchsreihen sowie der unterschiedlichen Zwischenserien erfolgte mit speziellen an die Materialprüfung angepassten Probekörpern am Lehrstuhl für Kunststofftechnik, Erlangen. Die weiteren zwei Versuchsreihen werden mit Gehäuseprobekörpern bei der Firma Söhner durchgeführt. Die gefertigten Probekörper werden unter Temperaturwechselzyklen belastet und durch die Alterung geschädigt. Die Selbstheilungsmechanismen werden fraktographisch und in Bezug auf die Mediendichtheit im Helium-Lecktest geprüft. Insgesamt ergab das Vorhaben einerseits grundlegende Erkenntnisse zur Verbesserung der Adhäsion zwischen Thermoplasten und metallischen Komponenten. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Selbstheilung auch an realen Bauteilen aus industriellen Prozessen funktioniert, und dass hierdurch die Mediendichtigkeit auch bei harten Umgebungsbedingungen (-40/150 °C) dauerhaft (1500 Zyklen) erhalten werden kann. |