Es wurde ein hydrostatischer Verbundstrangpressprozess analysiert, bei dem das Kernmaterial aus Magnesium und das Mantelmaterial aus Aluminium besteht. Ausgehend von der Problematik, dass die Verbunde eine starke Vorschädigung in Form von Rissen im Bereich der Grenzschicht zwischen den Verbundpartner aufwiesen, wurde der Prozess analysiert. Mit Hilfe der numerischen FEM-Simulation wurde ein Berechnungsmodell aufgebaut, anhand dessen der Prozess detailliert und maßgeblich hinsichtlich der wirkenden Spannungen und auftretenden Dehnungen untersucht wurde. Es wurden die Größen Kontaktschubspannung und axiale Umformgraddifferenz identifiziert, die einen Zusammenhang aufzeigten zwischen ihrer Änderung und der aufgetretenen Qualität im Strang. Für eine verbesserte Aussagequalität und bedingt durch die vielen Wechselwirkungen der beeinflussenden Parameter im Prozess wurde die Methode der statistischen Versuchsplanung (DoE) hinzugezogen. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde der Prozess optimiert, in dem die Matrizengeometrie als ein beeinflussender Parameter angepasst worden ist, so dass ein gleichmäßigerer Werkstofffluss gewährleistet und die Strangqualität verbessert werden konnte. Im Folgenden wurde ein integratives, empirisches Verbundstrangpressmodell entwickelt, das es ermöglicht, die Verbundqualität, die Verbundfestigkeit und die Dicke der sich ausbildenden Grenzschicht zu berechnen.:Inhaltsverzeichnis V Vorwort VII Einleitung 1 1 Stand der Technik 3 1.1 Allgemeines, Historische Entwicklung und Einteilung des Strangpressens 3 1.2 Wissenschaftliche Arbeiten auf dem Gebiet des Verbundstrangpressens, der Schädigung und der Haftfestigkeit 9 1.2.1 Prozess - Verbundstrangpressen 11 1.2.2 Schädigung 21 1.2.3 Haftfestigkeitsmodelle 28 1.3 Schlussfolgerung aus dem Stand der Technik 33 1.4 Zielsetzung und Struktur der Arbeit 35 2 Experimentelle Untersuchungen- Strangpressversuche 38 2.1 Ergebnisse der Pressversuche - Projektphase I 43 2.2 Ergebnisse der Projektphase II 52 2.3 Ergebnisse der Projektphase III 54 2.4 Besonderheiten, Oberflächenqualität, Verfahrenscharakteristika 56 3 Numerische Untersuchungen 64 3.1 Numerische Modellbildung 64 3.1.1 Materialbeschreibung/Fließkurven 66 3.1.2 Thermische Modellbildung 70 3.2 Ergebnisse der numerischen Analyse für das hydrostatische Strangpressen 81 3.2.1 Ermittlung einer indikativen Schädigungsgröße innerhalb der Simulation 91 3.2.2 Einfaktorielle Variationsrechnungen 95 3.3 Statistische Versuchsplanung und Analyse 103 3.3.1 Allgemeines und Versuchsplanung 103 3.3.2 Auswertung Versuchskern und erweiterter Versuchsplan 107 3.3.3 Fehleranalyse zu Versuchsplanergebnissen 113 3.4 Axiale Umformgraddifferenz als Indikatorgröße für die Schädigung 120 3.4.1 Volumenstromanalyse 128 3.4.2 Statistische Analyse hinsichtlich der Zielgröße axiale Dehnungsdifferenz 133 4 Integrativer Modellansatz zur Bestimmung qualitativer und quantitativer Merkmale des Verbundes 138 4.1 Allgemeines 138 4.2 Qualitätsmodell 139 4.2.1 Diskussion 139 4.2.2 Qualitätsmodell - Modellformulierung 145 4.3 Haftfestigkeitsmodell 155 4.4 Diffusionsmodell 163 5 Zusammenfassung 170 6 Ausblick 172 7 Quellen 174 Abbildungsverzeichnis IX Tabellenverzeichnis XV Kurzzeichenverzeichnis XVI Abkürzungsverzeichnis XIX / A compound made of aluminum (sleeve material) and magnesium (core material) was analyzed. The compound was built up in a hydrostatic co-extrusion process. First investigations showed damage (cracks) in the interface between the aluminum and the magnesium. Regarding the damage an optimization of the process was necessary. The FEM simulation was used to analyze the process. The focus of the analysis was the stresses and strains in the forming zone. A first result was that high contact shear stresses occurred in the interface. These stresses damaged the interface. Further investigations showed big strain differences between both of the materials. These differences caused in the different flow behaviour (yield stresses) of both materials. A better understanding was reached by a design of experiment (doe). This analysis showed the interactions between the different parameters and the influence of the parameters itself. Parameters with a big influence on the compound quality are the yield stresses, the die design, the friction and the billet design. The first result was an improvement of the compound quality by changing the die design. Therefore, an impeccable compound quality could be reached. Furthermore the results of analysis lead to an embracing empirical compound extrusion model. This consists of three single models. The first model was the quality model. This model allows to predict the compound quality with respect to the big influencing parameters. The second model was a bond strength model. This model gives the possibility to compute the strength of the interface. And at last the third model was the diffusion model. The embracing compound extrusion model allows to make a statement about the compound quality and strength before any real trials are carried out.:Inhaltsverzeichnis V Vorwort VII Einleitung 1 1 Stand der Technik 3 1.1 Allgemeines, Historische Entwicklung und Einteilung des Strangpressens 3 1.2 Wissenschaftliche Arbeiten auf dem Gebiet des Verbundstrangpressens, der Schädigung und der Haftfestigkeit 9 1.2.1 Prozess - Verbundstrangpressen 11 1.2.2 Schädigung 21 1.2.3 Haftfestigkeitsmodelle 28 1.3 Schlussfolgerung aus dem Stand der Technik 33 1.4 Zielsetzung und Struktur der Arbeit 35 2 Experimentelle Untersuchungen- Strangpressversuche 38 2.1 Ergebnisse der Pressversuche - Projektphase I 43 2.2 Ergebnisse der Projektphase II 52 2.3 Ergebnisse der Projektphase III 54 2.4 Besonderheiten, Oberflächenqualität, Verfahrenscharakteristika 56 3 Numerische Untersuchungen 64 3.1 Numerische Modellbildung 64 3.1.1 Materialbeschreibung/Fließkurven 66 3.1.2 Thermische Modellbildung 70 3.2 Ergebnisse der numerischen Analyse für das hydrostatische Strangpressen 81 3.2.1 Ermittlung einer indikativen Schädigungsgröße innerhalb der Simulation 91 3.2.2 Einfaktorielle Variationsrechnungen 95 3.3 Statistische Versuchsplanung und Analyse 103 3.3.1 Allgemeines und Versuchsplanung 103 3.3.2 Auswertung Versuchskern und erweiterter Versuchsplan 107 3.3.3 Fehleranalyse zu Versuchsplanergebnissen 113 3.4 Axiale Umformgraddifferenz als Indikatorgröße für die Schädigung 120 3.4.1 Volumenstromanalyse 128 3.4.2 Statistische Analyse hinsichtlich der Zielgröße axiale Dehnungsdifferenz 133 4 Integrativer Modellansatz zur Bestimmung qualitativer und quantitativer Merkmale des Verbundes 138 4.1 Allgemeines 138 4.2 Qualitätsmodell 139 4.2.1 Diskussion 139 4.2.2 Qualitätsmodell - Modellformulierung 145 4.3 Haftfestigkeitsmodell 155 4.4 Diffusionsmodell 163 5 Zusammenfassung 170 6 Ausblick 172 7 Quellen 174 Abbildungsverzeichnis IX Tabellenverzeichnis XV Kurzzeichenverzeichnis XVI Abkürzungsverzeichnis XIX

Ausgehend von der Anwendung von Folienhinterspritzprozessen für dekorative Zwecke wurde deren Nutzung für die Integration elektronischer Strukturen in Kunststoffbauteile untersucht. Die Herstellung der elektronischen Bauelemente erfolgte mittels verschiedener Druckverfahren mit elektrisch leitfähigen und dielektrischen Materialien auf Polycarbonatfolien. Im Fokus standen zum einen kapazitiv auslesbare Speicherstrukturen und zum anderen Elektrolumineszenzleuchten. Nach dem Druck wurden die bedruckten Folien z. T. verformt und hinterspritzt. In der Arbeit wird auf die Auswirkungen der Verform- und Hinterspritzprozesse eingegangen. Schwerpunktmäßig wird die elektronische bzw. optische Funktionalität der Bauelemente, die Beeinflussung durch Klimaveränderungen und die Haftfestigkeit der Folien betrachtet. Im Ergebnis konnten erstmals die Realisierbarkeit hinterspritzter elektronischer Bauelemente nachgewiesen sowie verschiedene Einflussfaktoren auf deren Funktionalität identifiziert werden. / Based on the application of film insert molding for graphic purposes, the utilization of this process for the integration of electronic devices into plastic components was examined. The manufacturing of the electronic devices was realized by applying electrical conductive and dielectric inks on polycarbonate foil by various printing processes. Capacitive data storage patterns and electroluminescent lamps are the main applications. The production sequence included the printing process, forming of the foil where required and back injection molding. The impact of forming and film insert molding was investigated. The electronic and/or optical functionality of the devices, the influence of ambient conditions like temperature or humidity and the adhesion strength of the foils were in the focus of the evaluation. As a result, the feasibility of film insert molded electronic devices could be verified and various impact factors could be identified for the first time.

This study investigated the impact of customary fluoride based mouthrinses on the ultrastructure and the functional properties of the in situ pellicle, considering the prevention of erosion (8 volunteers) and initial biofilm formation (12 volunteers). Bovine enamel slabs were carried intraorally. After 1 min of pellicle formation, the subjects rinsed with elmex Kariesschutz (A), Dontodent Med Care (B), meridol (C) or elmex Zahnschmelzschutz Professional (D) for 1 min. In situ pellicle formation was continued up to 30 min/8 h before processing the slabs in vitro. Erosion was simulated by incubating the specimens in HCl (pH 3.0, 2.3, 2.0) for 120 s, measuring the kinetics of calcium/phosphate release photometrically; representative samples were evaluated by TEM and EDX. Bacterial adhesion was visualized fluorescence microscopically (DAPI/BacLight). Native enamel slabs or physiological pellicle samples served as controls. All investigated mouthrinses enhanced the erosion preventive pellicle effect in dependence of the pH-value. A significant decrease of Ca/P release at all pH values was achieved after rinsing with D; TEM/EDX confirmed ultrastructural pellicle modifications. All mouthrinses tendentially reduced bacterial adherence, however not significantly. The mouthrinse containing NaF/AmF/SnCl2 (D) offers an effective oral hygiene supplement to prevent caries and erosion.

This study investigated the impact of customary fluoride based mouthrinses on the ultrastructure and the functional properties of the in situ pellicle, considering the prevention of erosion (8 volunteers) and initial biofilm formation (12 volunteers). Bovine enamel slabs were carried intraorally. After 1 min of pellicle formation, the subjects rinsed with elmex Kariesschutz (A), Dontodent Med Care (B), meridol (C) or elmex Zahnschmelzschutz Professional (D) for 1 min. In situ pellicle formation was continued up to 30 min/8 h before processing the slabs in vitro. Erosion was simulated by incubating the specimens in HCl (pH 3.0, 2.3, 2.0) for 120 s, measuring the kinetics of calcium/phosphate release photometrically; representative samples were evaluated by TEM and EDX. Bacterial adhesion was visualized fluorescence microscopically (DAPI/BacLight). Native enamel slabs or physiological pellicle samples served as controls. All investigated mouthrinses enhanced the erosion preventive pellicle effect in dependence of the pH-value. A significant decrease of Ca/P release at all pH values was achieved after rinsing with D; TEM/EDX confirmed ultrastructural pellicle modifications. All mouthrinses tendentially reduced bacterial adherence, however not significantly. The mouthrinse containing NaF/AmF/SnCl2 (D) offers an effective oral hygiene supplement to prevent caries and erosion.

In dieser Arbeit wurde die Grenzfläche zwischen Ti-3Al-2,5V und CF/PEEK in thermoplastischen Ti-CF/PEEK-Laminaten untersucht. Vergleichende Untersuchungen von mechanischen, chemischen, chemisch-physikalischen und physikalischen Oberflächenvorbehandlungen im Zugscherversuch haben gezeigt, dass sich durch die Vorbehandlung mit einem Nd:YAG-Laser ein stabiles und feuchtigkeitsbeständiges Grenzflächensystem erzeugen lässt. Ti-CF/PEEK-Laminate wurden bruchmechanisch im Mixed-Mode-Bending-Versuch sowohl bei reiner als auch bei überlagerter Mode I- und Mode II-Belastung geprüft. Die Versagensmechanismen wurden an den Bruchflächen der Mixed-Mode-Bending-Proben und an den Bruchflächen der Zugscherproben mittels mikroskopischer und spektroskopischer Methoden bestimmt. Verschiedene Analyseverfahren wurden eingesetzt, um Ti-3Al-2,5V-Oberflächen vor und nach der Laservorbehandlung, um laserbehandelte und wärmebehandelte Ti-3Al-2,5V-Oberflächen und um das Grenzflächensystem im Verbund zwischen Ti-3Al-2,5V und CF/PEEK vor und nach Alterung in 80°C warmem Wasser zu analysieren. Dabei wurden sowohl die grenzflächennahen Phasen im Ti-3Al-2,5V als auch die grenzflächennahen Phasen im PEEK berücksichtigt. Die Untersuchgen zeigen, dass sich nicht alle eingesetzten Analyseverfahren zur Charakterisierung eignen und dass nicht jedes Analyseverfahren eindeutig interpretierbare Ergebnisse liefert. Die eingesetzten Analyseverfahren werden in dieser Arbeit miteinander verglichen und in Bezug zu ihrer Einsetzbarkeit und zu ihren Einsatzgrenzen bewertet. Titan-PEEK-Verbindungen zeigen je nach eingesetzter Vorbehandlungsmethode unterschiedliche Adhäsions-, Versagens- und Alterungsmechanismen. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen der Verbindung zwischen PEEK und laserbehandeltem Ti-3Al-2,5V zeigen, dass neben mechanischer Adhäsion auf Mikro- und Nanoebene weitere Adhäsionsmechanismen in Frage kommen. Die Aluminiumanreicherung an der Oberfläche und die erhöhte Reaktivität durch mikro- und nanostrukturierte Oberflächen können chemische Wechselwirkungen zwischen PEEK und laserbehandeltem Ti-3Al-2,5V begünstigen. Die Untersuchungen geben ebenfalls Hinweise darauf, dass die Verbundeigenschaften im Titan-PEEK-Verbund durch die Morphologie von PEEK beeinflusst wird. An der Titan-PEEK-Grenzfläche wurde Grenzflächenkristallisation nachgewiesen, von der bekannt ist, dass sie die Verbundeigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen senkrecht zur Faserorientierung verbessern. Nicht nachgewiesen, aber durchaus möglich ist, dass sich mechanisch verklammertes PEEK in der porösen Oxidschicht aufgrund thermischer Eigenspannungen während der Abkühlung orientiert und die mechanischen Eigenschaften an der Grenzfläche in Analogie zu selbst verstärkten Polymeren verbessert. Dieser Ansatz kann eine Erklärung dafür sein, warum im MMB-Versuch nicht nur hohe kritische Energiefreisetzungsraten bei reiner Mode II-Belastung, sondern vor allem auch bei reiner Mode I-Belastung beobachtet wird. Die auf PEEK basierenden Mechanismen sind materialspezifisch und nicht auf chemisch aushärtbare Klebstoffe anwendbar. Der Einfluss der Größenordnung von Oberflächenstrukturen auf die Langzeit- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, der bereits aus der Literatur bekannt ist, wird in dieser Arbeit bestätigt. Mit mikrostrukturierten Oberflächen, die mittels Sandstrahlen erzeugt werden, lassen sich im Gegensatz zu nanostrukturierten Oberflächen, die mittels Laserbehandlung erzeugt werden, keine langzeit- und feuchtigkeitsbeständige Verbindungen zwischen PEEK und Ti-3Al-2,5V erzeugen. In Titan-PEEK-Verbindungen ist nicht nur die Haftung zwischen PEEK und Ti-3Al-2,5V entscheidend, sondern auch die Stabilität der Phasen im Grenzflächensystem, wie am Beispiel der Verbindung zwischen anodisiertem Ti-3Al-2,5V und PEEK gezeigt wird. Geringe Verbundfestigkeiten können somit als Folge thermischer Alterung während der Verbundherstellung verursacht werden, bei der die Oxidschicht durch Sauerstoffdiffusion geschädigt wird. Thermische Eigenspannungen, die sowohl zur Rissbildung im Oxid als auch im martensitischen Bereich führen, und ungenügende Verbundqualität, die beispielsweise durch eingeschlossene Luft bei großflächigen Klebungen entsteht, begünstigen die Alterung in hydrothermischer Umgebung. Zum Verständnis von Adhäsions- und Alterungsmechanismen an der Grenzfläche zwischen Ti-3Al-2,5V und PEEK trägt nicht nur das Eigenschaftsbild der Metall-, Oxid- und Polymerphasen im Grenzflächensystem bei, sondern auch Änderungen in den einzelnen grenzflächennahen Phasen während Oberflächenvorbehandlung und der Konsolidierung. Bei der Verwendung von thermoplastischen Klebstoffen sind im Gegensatz zu Reaktionsklebstoffen besonders die vergleichsweise hohen Konsolidierungstemperaturen, die Kristallisationskinetik und die Schmelzviskosität zu berücksichtigen. So sollte bereits bei der Oberflächenvorbehandlung die Bildung thermisch unstabiler Oberflächenphasen vermieden werden, da diese während der Herstellung thermisch geschädigt werden können. Der Verbindungsprozess erfordert besonders bei großen Klebeflächen Maßnahmen, um das Phänomen der «eingeschlossenen Luft» zu vermeiden, da sich schlecht infiltrierte Bereiche negativ auf die Alterungsbeständigkeit auswirken. Bei porösen Oberflächenstrukturen auf Nanoskala ist ebenso eine Abstimmung zwischen Porengröße und Schmelzviskosität des Thermoplasten erforderlich, um ausreichende Infiltration des Thermoplasten an porösen Oberflächenstrukturen zu gewährleisten. Die grenzflächennahen Phasen von PEEK wurden erstmals an der Ti-3Al-2,5V-Oberfläche nachgewiesen. Die Einflussfaktoren und die Eigenschaften der grenzflächennahen Phasen von PEEK sind bereits aus Untersuchungen von CF/PEEK-Verbunden bekannt. Die Ergebnisse zeigen großes Potential der Übertragbarkeit auf die Titan-PEEK-Grenzfläche. So kann beispielsweise die PEEK-Morphologie durch gezielte Temperaturführung beim Kleben beeinflusst werden. Die Mechanismen an der Grenzfläche und die daraus resultierenden Verbundeigenschaften, die sich an der Grenzfläche zwischen Ti-3Al-2,5V und PEEK ergeben, zeigen großes Potential. Die Erkenntnisse aus dieser Arbeit zur Herstellung von Ti-PEEK-Grenzflächen mit hoher Verbundfestigkeit und Alterungsbeständigkeit zeigen ebenfalls großes Potential der Übertragbarkeit auf andere Metall-Thermoplast-Verbindungen. / The interface between titanium Ti-3Al-2,5V and Polyetheretherketone (PEEK) in Ti-CF/PEEK laminates are investigated. Comparative investigations of mechanical, chemical, chemo-physical and physical surface pre-treatments evidenced that surface pre-treatment by a pulsed Nd:YAG laser (physical pre-treatment) offers both good adhesion and superior moisture resistance of the titanium-PEEK interface. The titanium-PEEK interface modified by laser pre-treatment is characterized mechanically and analytical in detail. This investigation takes into account all process steps (surface pre-treatment, bonding, and ageing) as well as all the phases and interfaces in the titanium-PEEK system (i.e. titanium, oxide, and also PEEK). The delamination behavior is investigated mechanically with the mixed mode bending experiment (MMB). The MMB loading was represented by a superposition of simple mode I and mode II loadings. Based on MMB fracture surface analysis, a failure and damaging mechanism could be assumed. The analytical methods used in this investigation are a cryo-fracture, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), secondary electron microscopy (SEM, EDX, transmission electron microscopy (TEM), analytical TEM (EDX, EFTEM, EELS), adsorption/desorption experiments (Krypton-BET), Laser scanning microscopy (LSM), contact angle measurements, and Raman microscopy. The adhesion and degradation mechanism observed at the titanium-PEEK interface strongly depends on the applied surface pre-treatment. The interface properties between pretreated Ti-3Al-2.5V and PEEK show an influence of the morphology of PEEK. For the first time, interfacial crystallization of PEEK at the Ti-3Al-2.5V surface was confirmed by experimental results. Interfacial crystallization is known for its strengthening effect perpendicular to C-fibers within CF/PEEK laminates and implies a strong interaction between PEEK and the oxide layer on the Ti-3Al-2.5V joining partner. Moreover, the investigations of the interface between laser treated Ti-3Al-2.5V and PEEK indicate that adhesion is not only due to mechanical interlocking on micro- and nano-scale. Chemical interactions between the polymer and the joining surface seem be promoted byan increased surface reactivity due to the high surface area structures on micro- and nano-scale. In addition, an aluminum-enrichment was detected with TEM at the treated surface that may play a role in the bonding. During the cooling phase of the consolidation of the thermoplastic, thermal stress arise at the interface due to suppressed expansion and contraction of the individual components. It can be assumed that PEEK, which is interlocked within the oxide pores, reduces the stress by relaxation processes. Relaxation induced re-orientation of the molecule structure is able strengthen the interface as it is known from self-reinforced polymers. This assumption could explain the interface behavior characterized by mode I and mode II loadings. High energy release rates observed at mode I loadings could be traced back to the re-orientated molecule structure which is equal to the direction of mode I loading. This mechanism is material specific and can be applied only to cure-free thermoplastics. The long-term durability is enhanced significantly when of surface structures on nano-scale are formed by the pretreatment. This result is in good agreement with the literature. However, during the bonding process not only on the formation of adhesion between PEEK and Ti-3Al-2.5V is important but also the stability of the interfacial phases within the Ti-PEEK interfacial system as shown on the interface properties between anodized Ti-3Al-2.5V. Anodized oxide phases, for example, which degrade during the bonding by oxidation diffusion, were found to result in low interfacial strength and low long-term durability. Aging in hydro-thermal environment are enhanced by further factors. Residual stress which arises during the bonding process leads to cracks within the oxide and within martensitic region. Entrapped air which especially develop when large areas are bonded enhance water diffusion along the interface and hydrothermal aging. A basic understanding of the titanium-PEEK system requires that all phases and interfaces in the titanium-PEEK system as well as all process steps are taken into account. Although the polymer will be neglected in most cases this investigation reveals that even the polymer morphology significantly influences the interface properties.

Ausgehend von der Anwendung von Folienhinterspritzprozessen für dekorative Zwecke wurde deren Nutzung für die Integration elektronischer Strukturen in Kunststoffbauteile untersucht. Die Herstellung der elektronischen Bauelemente erfolgte mittels verschiedener Druckverfahren mit elektrisch leitfähigen und dielektrischen Materialien auf Polycarbonatfolien. Im Fokus standen zum einen kapazitiv auslesbare Speicherstrukturen und zum anderen Elektrolumineszenzleuchten. Nach dem Druck wurden die bedruckten Folien z. T. verformt und hinterspritzt. In der Arbeit wird auf die Auswirkungen der Verform- und Hinterspritzprozesse eingegangen. Schwerpunktmäßig wird die elektronische bzw. optische Funktionalität der Bauelemente, die Beeinflussung durch Klimaveränderungen und die Haftfestigkeit der Folien betrachtet. Im Ergebnis konnten erstmals die Realisierbarkeit hinterspritzter elektronischer Bauelemente nachgewiesen sowie verschiedene Einflussfaktoren auf deren Funktionalität identifiziert werden. / Based on the application of film insert molding for graphic purposes, the utilization of this process for the integration of electronic devices into plastic components was examined. The manufacturing of the electronic devices was realized by applying electrical conductive and dielectric inks on polycarbonate foil by various printing processes. Capacitive data storage patterns and electroluminescent lamps are the main applications. The production sequence included the printing process, forming of the foil where required and back injection molding. The impact of forming and film insert molding was investigated. The electronic and/or optical functionality of the devices, the influence of ambient conditions like temperature or humidity and the adhesion strength of the foils were in the focus of the evaluation. As a result, the feasibility of film insert molded electronic devices could be verified and various impact factors could be identified for the first time.

Die 3D-Drucktechnologie bietet eine Möglichkeit zur digitalen Funktionalisierung textiler Substrate. Jedoch hemmen fehlende Grundlagen, die geringe Materialpalette für textile Anwendungen, hohe Investitionskosten und lange Druckzeiten den Einsatz in der Textilindustrie. Die Arbeit befasst sich mit verschiedenen Einflüssen auf die Haftfestigkeit von 3D-Druck-Textil-Verbunden. Zudem werden die Effekte der 3D-Druckschichten auf die Eigenschaften der Textilien ermittelt. Dafür werden vier Gewebe und zwei Gestricke durch drei Druckmodule mit drei thermoplastischen Filamenten, einem thermoplastischen Granulat sowie einem Silikonkautschuk bedruckt. Die Einflüsse der Faktoren Textilart, Faserstoff, Textilausrichtung, Textildicke und -oberfläche sowie die Druckmodule mit den verarbeitbaren Druckmaterialien werden experimentell untersucht. Die größten signifikanten Effekte auf die Haftfestigkeit hat die Materialwahl, wobei der Effekt des Druckmaterials größer ist als der Einfluss des Textils. Die Druckschichten beeinflussen die textilen Eigenschaften unterschiedlich stark. Die thermoplastischen Materialien erhöhen die breitenbezogene Biegesteifigkeit der Textilien je nach Druckmaterial und Schichtdicke. Das Zugverhalten der Substrate wird durch die Druckschichten bis auf einzelne Ausnahmen kaum beeinflusst. Die Abriebbeständigkeit der Textilien kann durch 3D-gedruckte Strukturen soweit erhöht werden, dass sie Scheuerversuchen mit erhöhten Anforderungen gegenüber Sandpapier standhalten. Insgesamt ergänzt die Arbeit den Forschungsstand um Erkenntnisse zum 3D-Druck auf Textilien mithilfe unterschiedlicher Druckmodule. Zur verwendbaren Materialpalette gehören auch in anderen Veredlungsprozessen verwendete Materialien. Beispiele und Druckmuster veranschaulichen Anwendungspotenziale in den Bereichen der Sport-, Arbeits- und technischen Textilien.:Abkürzungen und Symbole Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung 2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie 2.1.2 Sintern und Schmelzen 2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung 2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie 2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung 2.2.2 Textilmodifikation 2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand 2.3 Überblick zur Haftfestigkeit 2.4 Zielstellung 3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden 3.1 Versuchsanlage am STFI 3.1.1 Filamentextruder 3.1.2 Nadelventil 3.1.3 Dispensersystem 3.2 Materialien 3.2.1 Textile Substrate 3.2.2 Druckmaterialien 3.3 Versuchsplanung und -durchführung 3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter 3.3.2 Versuchsplanung 3.3.3 Prüfverfahren 3.4 Methoden der statistischen Auswertung 4 Untersuchung zur Haftfestigkeit 4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats 4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials 4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit 4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils 4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul 4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit 5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde 5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen 5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten 5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien 5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften 6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit 6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien 6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien 6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten 6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit 6.2 Einfluss auf das Zugverhalten 6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien 6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien 6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten 6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten 6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien 6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien 6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten 6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten 6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien 7 Bewertung der erzielten Ergebnisse 7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand 7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten 8 Zusammenfassung und Ausblick 9 Literaturverzeichnis 10 Anhang 10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung 10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit 10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie 10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung 10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit 10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten 10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalten / 3D printing technology offers an opportunity for digital functionalization of textile substrates. But lack of fundamentals, the small range of materials for textile applications, high investment costs and long printing times inhibit its use in the textile industry. This thesis addresses various influences on the adhesion strength of 3D printed textile composites. In addition, the effects of the 3D printed layers on the properties of the textiles are determined. For this purpose, four woven and two knitted fabrics are printed by three printing modules with three thermoplastic filaments, one thermoplastic granulate and one silicone rubber. The influences of the factors textile type, fiber material, textile orientation, textile thickness and surface as well as the printing modules with the processable printing materials are investigated experimentally. The greatest significant effects on adhesion are due to the choice of material, with the effect of the printing material being greater than the influence of the textile. The printing layers affect the textile properties to different degrees. The thermoplastic materials increase the width-related bending stiffness of the textiles depending on the printing material and layer thickness. With a few exceptions, the tensile behavior of the substrates is hardly affected by the printing layers. The abrasion resistance of the textiles can be increased by 3D-printed structures to such an extent that they can withstand abrasion tests with increased requirements compared to sandpaper. All in all, the work adds to the state of research knowledge on 3D printing on textiles using different printing modules. The range of materials that can be printed also includes materials used in other finishing processes. Examples and printed samples illustrate potential applications in the fields of sports, work and technical textiles.:Abkürzungen und Symbole Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung 2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie 2.1.2 Sintern und Schmelzen 2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung 2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie 2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung 2.2.2 Textilmodifikation 2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand 2.3 Überblick zur Haftfestigkeit 2.4 Zielstellung 3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden 3.1 Versuchsanlage am STFI 3.1.1 Filamentextruder 3.1.2 Nadelventil 3.1.3 Dispensersystem 3.2 Materialien 3.2.1 Textile Substrate 3.2.2 Druckmaterialien 3.3 Versuchsplanung und -durchführung 3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter 3.3.2 Versuchsplanung 3.3.3 Prüfverfahren 3.4 Methoden der statistischen Auswertung 4 Untersuchung zur Haftfestigkeit 4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats 4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials 4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit 4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils 4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul 4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit 5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde 5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen 5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten 5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien 5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften 6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit 6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien 6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien 6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten 6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit 6.2 Einfluss auf das Zugverhalten 6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien 6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien 6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten 6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten 6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien 6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien 6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten 6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten 6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien 7 Bewertung der erzielten Ergebnisse 7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand 7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten 8 Zusammenfassung und Ausblick 9 Literaturverzeichnis 10 Anhang 10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung 10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit 10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie 10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung 10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit 10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten 10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalten

Das Verständnis über die Ausbildung der Grenzfläche eines hybriden Bauteils aus thermoplastischem Kunststoff und Metall sowie die maßgeblichen Faktoren zum Erreichen einer hohen Verbundhaftung und Mediendichtheit in der Grenzfläche stellen nach wie vor eine große Herausforderung dar. Am Beispiel einer spritzgegossenen Kunststoff-Metall-Verbundprobe werden diese Zusammenhänge untersucht und bewertet. Es wird eine Methode zur Herstellung stoffschlüssig gefügter Verbunde mit hoher Mediendichtheit auf Basis einer hohen Kontakttemperatur beim Fügen entwickelt, indem Verbundspritzgießen und nachträgliches thermisches Fügen durch Induktionsheizen kombiniert werden. Eine stoffschlüssige Verbindung mit hoher Mediendichtheit zwischen thermoplastischem Kunststoff und Metall erfordert eine Haftung in der Grenzfläche der Verbundpartner auf Basis intermolekularer Wechselwirkungen. Die Quantifizierung der Mediendichtheit in der Grenzfläche erfolgt über eine eigens entwickelte Messmethode. Die entwickelte Vorgehensweise ermöglichet die Differenzierung zwischen intermolekularen Wechselwirkungen und mechanischen Verklammerungen als Ursache für eine Haftungsausbildung und deren Einfluss auf die Grenzflächeneigenschaften. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zum Verständnis der Grenzflächenausbildung, insbesondere zum Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit des metallischen Verbundpartners sowie der Fügeprozessbedingungen zur Fertigung von Kunststoff-Metall-Verbunden mit hoher Mediendichtheit, bei.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand der Technik und Forschung 3 Zielsetzung und Lösungsansatz 4 Experimentelles 5 Analytik 6 Ergebnisse 7 Diskussion der Ergebnisse 8 Zusammenfassung und Ausblick / Understanding the formation of the interface of a hybrid component made of thermoplastic and metal as well as the decisive factors for achieving high adhe-sion and media tightness in the interface still represent a major challenge. These relationships are investigated and elucidated using the example of an injection-molded plastic-metal part. A method for the production of firmly bonded hybrid parts with high media tightness based on a high contact temperature during joining of the hybrid part is developed by combining injection molding and subsequent thermal joining by induction heating. A firm bond with high media tightness between a thermoplastic and a metal requires an adhesion in the inter-face of the joint materials based on molecular interactions. The quantification of the media tightness in the interface is done by using a specially developed measurement method. The investigations enable the differentiation between molecular interactions and mechanical interlocking as the cause of adhesion formation and their influence on the properties of the interface. The gained knowledge contributes to the understanding of interface formation and its prop-erties, in particular the influence of the surface properties of the metallic bond partner and the joining process conditions for the production of plastic-metal parts with high media tightness.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand der Technik und Forschung 3 Zielsetzung und Lösungsansatz 4 Experimentelles 5 Analytik 6 Ergebnisse 7 Diskussion der Ergebnisse 8 Zusammenfassung und Ausblick

Die rheumatoide Arthritis ist eine chronisch-entzündliche Bindegewebserkrankung mit symmetrischem Befall der Gelenke. Die genaue Ätiologie ist bisher unbekannt. Aktivierte synoviale Fibroblasten sollen durch gesteigerte Adhäsion und Produktion von proinflammatorischen Zytokinen und Matrix-lysierenden Proteasen maßgeblich an der Gelenkdestruktion beteiligt sein. Ziel dieser Arbeit war es, ein neues in-vivo-Knorpeldestruktions-Modell zu etablieren, in welchem unter immunkompetenten Bedingungen, die Invasion und Destruktion von Gelenkknorpel durch die Fibroblasten-Zelllinie LS48 über einen längeren Zeitraum simuliert werden kann. Die am Institut für klinische Immunologie der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig etablierte Zelllinie LS48 wurde in die ipsilateralen Kniegelenke von BALB/c-Mäusen injiziert. Die dadurch induzierte Gewebsdestruktion wurde über zehn Wochen in zweiwöchigem Abstand histopathologisch beurteilt und klassifiziert. Als vergleichende Fibroblasten-Zelllinie wurden nicht-invasive NIH/3T3-Zellen eingesetzt. An Hand der Score-Parameter Zellinvasion, Pannusformation und Knorpeldestruktion wurde eine mäßige bis schwer-wiegende Gewebsdestruktion durch die LS48-Zellen bereits ab der zweiten Untersuchungswoche lichtmikroskopisch nachgewiesen, ohne dass dabei pathologische Effekte in den kontralateralen Kniegelenken aufgetreten sind. Polarisationsmikroskopisch wurden für den Parameter Knorpeldestruktion vergleichbare Ergebnisse erzielt. Damit wurde gezeigt, dass das Modell BALB/c LS48 ein erfolgversprechendes Instrument darstellt, das zur Testung neuer therapeutischer Strategien gegen die Gelenkdestruktion verwendet werden kann. Inwieweit die Auseinandersetzung der LS48-Zellen mit dem spezifischen Immunsystem der BALB/c-Maus Auswirkungen auf den Verlauf der Gewebsdestruktion hat, sollte in weiterführenden Experimenten untersucht werden.

Das Fügen mehrerer Komponenten während des Spritzgießprozesses wird bei vielen Spritzgießsonderverfahren angewandt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Verbundbildung zwischen einem kalten Einlegeteil und der einströmenden Kunststoffschmelze beim Spritzgießen, im Folgenden Stoffübertragung genannt. Ein Großteil der Untersuchungen findet an Zweikomponenten-Zugstäben statt, wobei erste und zweite Komponente aus dem gleichen Thermoplast gefertigt werden. Mögliche Einflussfaktoren auf die Verbundfestigkeit werden zunächst im Theorieteil vorgestellt und diskutiert. Eine Auswahl relevanter Prozess- und Materialparameter wird dann in praktischen Versuchen detailliert analysiert. Es wird nach korrelierenden Tendenzen sowohl zwischen unterschiedlichen Verfahren als auch zwischen verschiedenen Kunststoffen gesucht. Mittels statistischer Versuchsplanung werden die Spritzgießparameterkombinationen nach Größe des Einflusses auf die Verbundfestigkeit sortiert. Dies trägt zum Verständnis der bei der Stoffübertragung ablaufenden Grundmechanismen bei. Weiterhin werden die Einflüsse der Prozessparameter auf das neue Verfahren der In-Mold Oberflächenmodifizierung, bei dem ein funktionaler Modifikator während des Spritzgießprozesses übertragen wird, mit den Ergebnissen der Zweikomponenten-Verbundfestigkeit verglichen. Abschließend wird auf die Besonderheiten bei der selektiven Stoffübertragung eingegangen und das neue Verfahren des In-Mold Printing vorgestellt. / The joining of two components by the process of injection molding is state of the art, although adhesion phenomena are not fully understood yet. The formation of bonds between a cold material, which was inserted or applied onto the surface of the cavity before injection molding, and an injected polymer melt is studied in this work. Providing sufficient bond strength, the material is transferred from the surface of the mold to the injection molded part. Possibly influencing factors on the bond strength are first identified, theoretically discussed, later in experiments varied and finally analyzed. Thereby correlating tendencies between different polymers and different in-mold technologies are observed. The relevant material and processing parameters are put in order by their influence on the bond strength using design of experiments. This helps to understand the mechanisms of the formation of bonds. The majority of the experiments is concerned with two component injection molding by measuring the bond strength of two component tensile bars, produced under varying processing conditions. In each case, first and second components are made of the same thermoplastic polymer. The thermal energy of the melt can be used also to initiate chemical reactions. This permits bonding of a thin layer of a functional polymer, which is applied onto the surface of the mold before injecting the melt, to the surface of the molded part. In this way, process-integrated surface modification during injection molding becomes possible. In a further attempt, patterns of paint are printed onto the surface of the mold by pad printing. During injection molding the paint is transferred completely to the surface of the polymeric part. Using this new technology of In-Mold Printing, fully finished surface decorated parts can be produced by injection molding.