Detta examensarbete har utförts på uppdrag av Koenigsegg Automotive AB, som utvecklar, tillverkar och säljer högpresterande sportbilar. Företaget erbjuder fälgar tillverkade helt i kolfiberkomposit, som ger betydande viktbesparingar i jämförelse med traditionella metallfälgar. Efter tillverkningen kräver fälgarna viss bearbetning vid anläggningsytan mellan fälg och däck. Syftet med examensarbetet har varit att undersöka möjligheten att utföra bearbetningen av fälgarna in-house i Ängelholm, och målet har varit att konstruera en maskin för detta ändamål. Projektet inleddes med en litteratursökning, där svårigheter och möjligheter gällande bearbetning av kolfiberkompositer undersöktes. Till följd av de undersökningar som gjordes, valdes bearbetningsmetoden svarvfräsning och ett antal konstuktionskoncept genererades. Genom ett antal utvärderingar utvecklades ett speciellt koncept vidare till ett komplett produktförslag. Produktförslaget är komplett med analyser, beräkningar samt tillverkningsunderlag, som ger uppdragsgivaren bättre insikt i sina möjligheter. Även underlag som tillåter en framtida CE-märkning har tagits fram. Projektet har följt Fredy Olssons konstruktionsmetod. / The following thesis has been performed in cooperation with Koenigsegg Automotive AB, which develops, manufactures and sells high-performance sportscars. Koenigsegg offers rims made completely from carbon fiber composite, which yields substantial benefits in stiffness and weight compared to their traditional metal counterparts. After the manufacturing of the rims, some trimming is necessary in the contact surface between rim and tire. The purpose of this thesis has been to examine the possibility of performing the necessary trimming in-house in Ängelholm, by designing a special tool. The project began with a literature study, where possibilities and difficulties of machining carbon fiber composites were examined. As a result of the study, the manufacturing process turn-milling was chosen, and a number of concepts were generated. Through a series of evaluations, one concept was further developed to a final product. The suggested product is complete with calculations, analyses and drawings, which gives Koenigsegg a better insight of future possibilities. A solid foundation for future CE-marking has also been produced. The project has followed Fredy Olssons methods of Engineering Design.

Die Arbeit behandelt am Beispiel von flachsfaserverstärktem Polypropylen die Verarbeitung von naturfaserverstärkten Thermoplasten im Spritzgießverfahren und die resultierenden Verbundeigenschaften. Im Grundlagenteil der Arbeit werden die Flachsfasern mit ihren besonderen chemischen und physikalischen Eigenschaften vorgestellt, die theoretischen Grundlagen zur Suspensionsrheologie, der Beschreibung von räumlichen Orientierungszuständen, zur Faser-Makrostruktur-Ausbildung und zum Spannungs-Verformungsverhalten von kurzfaserverstärkten Thermoplasten dargelegt. Phänomenologisch wird das rheologische Verhalten der flachsfasergefüllten thermoplastischen Schmelze charakterisiert. Weiterhin wird der Formfüllvorgang simuliert. Für die Bewegung der in der Schmelze mitgeschleppten Fasern werden die für konventionelle Kurzfasern gebräuchlichen Berechnungsansätze benutzt und deren Vorhersagegenauigkeit für flachsfaserverstärktes Polypropylen anhand experimenteller Ergebnisse beurteilt. Die resultierende Verbundsteifigkeit wird mit einem analytischen Modell unter Berücksichtigung der Orientierungssituation und Zuhilfenahme von mikromechanisch berechneten Faserkennwerten bestimmt. Abschließend wird der Einfluss technologischer und konstruktiver Parameter dargelegt.

Die vorliegende Arbeit beschreibt verschiedene Synthesewege zur Oberflächenmodifizierung silikatischer Partikel mit 1,3-Divinylimidazolidin-2-on (Bisvinylethylenharnstoff, BVH) und Vinylformamid (VFA), z. B. radikalische Pfropfpolymerisationen („grafting from/to“) und radikalisch vernetzende Copolymerisation von VFA mit BVH. Es werden Versuche zur sauren Verseifung der Formamidgruppen und zur Charakterisierung der gebildeten Polyvinylamin (PVAm)/Kieselgel Hybridmaterialien vorgestellt. Die Eigenschaften der PVAm/Kieselgel Hybridmaterialien sind je nach zugrundeliegendem Polymerisationsprozeß verschieden und werden mittels 13 C{1 H}-CP-MAS-NMR-Spektroskopie, Zetapotentialmessungen, SANS, Quelltests und rheologischen Methoden untersucht. Die kationische Oberflächenpolymerisation von BVH unter Verwendung des Initiatorsystems Triphenylmethylchlorid/Kieselgel wird ausführlich erläutert. Die Struktur der resultierenden Hybridmaterialien wird mittels quantitativer Elementaranalyse, 13 C{1 H}-CP-MAS-NMR-, DRIFT- und ESCA- Spektroskopie, sowie TGA und Zetapotentialmessungen untersucht. Die Anwendung der Poly-BVH/KG Hybridmaterialien zur Adsorption von Schwermetallsalzen wird am Beispiel der Adsorption von CuCl2, CoCl2, CoI2 und FeCl3 beschrieben. Dabei werden der Einfluß des Polymergehaltes der Hybride und des Metallanions auf die adsorbierte Sättigungsstoffmenge diskutiert. Eine quantitative Beschreibung der Adsorption nach dem LANGMUIR-Modell wird gegeben, welche in einem Vorschlag für die Wechselwirkung zwischen Hybridmaterial und Metallsalz mündet. Mit der Adsorption von Goldnanoclustern an Poly-BVH/Kieselgel Hybriden wird eine weitere Möglichkeit der Modifizierung und des Aufbaus von funktionellen Multischichtsystemen vorgestellt.

This research is focused on preparation of polypyrrole (PPy) composite particles by using socalled template oxidative polymerization method. As a template, water-soluble polymers, polymeric microgels, latex particles or bulk gels can be used. The morphology and properties of the composite particles can be controlled effectively by the proper use of the template. By choosing the dopant anion or oxidation agent it is possible to vary the conductivity of the polymer. In the case when uncrosslinked PVME was used as stabilizer, core-type polypyrrole spherical particles in the range of 50-100 nm were formed in both aqueous ethanol and water. Results of the elementary analysis, IR spectroscopy confirmed that the anionic salts can be incorporated in the PPy particles and play as the dopants. The presence of dopants in polypyrrole enhances the conductivity, especially in the case of sodium benzoate the conductivity of the final product has been improved by 3 orders. Polymeric microgels were also applied as the templates for polypyrrole deposition. When crosslinked PVME microgels were used in the oxidation polymerization of pyrrole, large PPy fibrils (appr. 400nm) were formed. Needle-like particles were formed due to the porous structure of microgels, which play a template role in the pyrrole polymerization process. When poly(VCL/AAEM) microgels were used as a template for oxidative polymerization of pyrrole, "raspberry-like" composite particles will be formed with PPy domains located in swollen hydropholic particle shell. Obtained stable composite microgels show similar thermal sensitivity as poly(VCL/AAEM) particles with fully reversible collapse-swelling properties. Increase of PPy content in composite particles increases conductivity of the composite material. The conductivity of composite particles prepared in water was much higher than that of prepared in water : ethanol mixtures. Furthermore, monodisperse PS-PEGMA particles, which were prepared in water medium by polymerization with sodium peroxydisulfate have been used as a template for deposition of polypyrrole (PPy). Obtained composite particles possess core-shell morphology where shell is composed out of small PPy nano-domains. The shell thickness can be varied by changing PPy load, controlling the overall template surface area in the system, and by influencing the pyrrole polymerization kinetics in presence of different oxidants. The last possibility provides also incorporation of different anions into polypyrrole shell. The stability of composite particles decreases gradually if the deposited PPy amount increases. It has been established that obtained particles are intrinsically coloured and the colour can be changed by the PS-PEGMA core size. Conductivity measurement shows that PS/PEGMA/PPy composite particles prepared by using phosphomolybdate as the oxidant are much more conductive than the particles prepared by the other two oxidants. The conductivity increases with the increase of PPy load in the system. Overall, the proper design of the template should give a possibility to control effectively the morphology, particle size and provide sufficient stability to the composite particles. Different morphologies, such as spherical, core-shell, raspberry and needle-like, with different particle size are expected to be available in different cases. By choosing the dopant anion or oxidation agent it is possible to vary the conductivity of the polymer. The stable water-based dispersions are expected to be used as additives for paint formulations, in electrorheology, microelectronic, ion-separation or disease diagnostics.

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT, belongs to the group of conducting polymers and is characterized by its high stability, a moderate band gap and its optical transparency in the conductive state. A large disadvantage of conducting polymers, and also PEDOT, is their poor solubility. One way to achieve processible materials is the synthesis of colloidal particles. Thus, this work focuses on the development of conductive particles by preparing composite structures. Polymeric colloids like latex particles and microgels were used as templates for the oxidative polymerization of EDOT. Depending on template structure completely different composite morphologies with variable properties were obtained. It was found that modification with PEDOT did not only cause conductive particles for application as humidity sensor materials, but also candidates for further functionalization with gold nanoparticles (Au-NPs). Due to a multi-stage synthesis route it was possible to achieve polystyrene(core)-PEDOT(shell)-particles decored with Au-NPs. Microgels acting as “micro reactors” for the incorporation of PEDOT and Au-NPs were also used for preparing multifunctional composites for catalytic applications. / Poly(3,4-ethylendioxythiophen), PEDOT, gehört zur Gruppe der leitfähigen Polymere und zeichnet sich durch seine hohe Stabilität, eine moderate Bandlücke und seine optische Transparenz im dotierten Zustand aus. Ein Nachteil leitfähiger Polymere, wie auch von PEDOT, ist deren schlechte Löslichkeit. Die Synthese kolloidaler Partikel bietet jedoch eine Möglichkeit dieses Problem zu umgehen. In diesem Zusammenhang richtete sich der Fokus dieser Arbeit auf die Darstellung leitfähiger Partikel in Form von Kompositstrukturen. Polymerkolloide, wie Latex- und Mikrogelpartikel, sind als Template eingesetzt worden, in deren Gegenwart PEDOT durch eine oxidative Polymerisation synthetisiert wurde. In Abhängigkeit von der Struktur des Templats sind unterschiedliche Kompositmorphologien mit steuerbaren Eigenschaften erhalten worden. Auf diese Weise wurden neben Materialien für die Feuchtigkeitssensorik leitfähige Kompositpartikel hergestellt, die zusätzlich mit Gold-Nanopartikeln (Au-NP) funktionalisiert werden konnten. Durch ein mehrstufiges Syntheseverfahren sind somit Polystyrol(Kern)-PEDOT(Schale)-Partikel mit Au-NP-funktionalisierter Oberfläche synthetisiert worden. Mikrogelpartikel, die als „Mikroreaktoren“ für die Inkorporation von PEDOT- und Au-NP dienten, wurden ebenfalls eingesetzt, um multifunktionale Komposite mit katalytischen Eigenschaften herzustellen.

Tillämpningen av fiberförstärkt polymerkomposit har senaste decenniet ökat kraftigt inom flertalet högteknologiska branscher. Trots framgången är förekomsten av tillverkningsinducerade avvikelser fortfarande en utmaning. Avvikelserna försämrar materialets mekaniska egenskaper och förkortar dess livslängd, vilket orsakar kassationer, miljöbelastningar och försvårad produktetablering för industriaktörer. ABB Composites i Piteå står inför en liknande situation. Företaget producerar cylindriska isolatorer i fiberförstärkt komposit till högspänningsindustrin, och behöver utreda förekomsten av en specifik avvikelse, som under senaste tre åren medfört omfattande kvalitetsbristkostnader. Produkten tillverkas genom vakuuminjicering där en hartsblandning impregnerar en glasfiberform, för att sedan övergå från flytande till fast form genom en exoterm reaktion. Hartsblandningens reaktionsförlopp har länge misstänkts påverka avvikelsernas förekomst, men har inte bekräftats, på grund av flera svårkontrollerade egenskaper. Examensarbetets syfte har därför varit att utreda om hartsblandningens egenskaper påverkar förekomsten av tillverkningsinducerade avvikelser vid tillverkning av cylindriska isolatorer. Arbetet har bedrivits som ett Sex Sigma-projekt enligt problemlösningsmetodiken DMAIC. Ett blandningsexperiment med sex komponenter genomfördes i laborationsmiljö där en datagenererad design med 36 delförsök tillämpades, varav sex stycken egenskaper hos hartsblandningen undersöktes. Experimentet påvisade att samtliga egenskaper var möjliga att styra genom att förändra proportionerna av ingredienserna. Däremot visade sig flera av egenskaperna vara korrelerade och kan därav inte justeras oberoende av varandra. Kunskapen användes till att utveckla och testa två nya varianter av hartsblandningen vid tillverkning av cylindriska isolatorer. Resultatet bekräftade att hartsblandningens egenskaper signifikant påverkar förekomsten av tillverkningsinducerade avvikelser. En viss kombination av egenskaperna som kännetecknade ett långsamt reaktionsförlopp minskade förekomsten av avvikelser på isolatorerna med 99.3 procent i jämförelse med den ordinarie hartsblandningen. Förbättringen förväntas medföra betydelsefulla besparingar, ökad konkurrenskraft och förhöjd kvalitetsmedvetenhet för ABB Composites. Examensarbetets kunskapsbidrag anses också betydelsefullt för kompositindustrin i strävan mot fortsatt reducering av tillverkningsinducerade avvikelser. / The application of fibre-reinforced polymer composites (FRPC) have during the last decades increased in many high-tech industries. Despite the success, the existence of manufacturing-induced deviations has been a long-standing challenge. These deviations affect the lifetime and the mechanical properties of the composite, which in turn lead to scrap of products and environmental impact, obstructing market exploitation for industry stakeholders. ABB Composites in Piteå is facing a similar scenario. The company produces cylindrical insulators in fibre-reinforced composite for the high-voltage industry and need to investigate a specific deviation, which has caused extensive costs during the last three years. The product is manufactured through vacuum assisted resin transfer molding (VARTM), where a resin blend impregnates a fibreglass preform, as the resin cures and transforms from liquid to solid form through an exothermic reaction. One suspected cause for the deviation has been the curing process of the resin. However, it is dependent on several difficult-to-control characteristics and is yet to be confirmed. The purpose of this thesis has therefore been to investigate whether the characteristics of the resin blend affects the occurrence of manufacturing-induced deviations while producing cylindrical insulators. The work has been conducted as an internal Six Sigma-project following the DMAIC improvement cycle. A mixture experiment with six components was performed, using a computer-generated design with 36 runs, in which six characteristics of the resin blend were examined. The experiment proved that all characteristics could be controlled by changing the proportions of the design factors. However, many of the characteristics were correlated, implying that the characteristics cannot be independently controlled. The knowledge from the experiment were used to develop two new resin blends, which were infused to cylindrical insulators in regular production environment. The result confirmed that the characteristics of the resin blend significantly affects the quality of the insulator. One of the blends, which represented a slower curing process, reduced the deviations by 99.3 percent in relation to the original blend. The improvement is expected to generate substantial savings, increased competitiveness and enhanced quality awareness for ABB Composites. Possible contributions to the industry are related to the development of a method to experimentally investigate the resin blend with the objective of reducing manufacturing-induced deviations.

Composite monocoque frames are becoming increasingly more popular inperformance cars. Compared to their steel and aluminum counterparts theyprovide additional torsional stiffness at the cost of less weight. This thesiscovers the complex optimization process of a monocoque applied within theregulations of a Formula Student competition. It aims to give the reader a goodunderstanding of the rules and how they affect the optimization process whilegenerating an optimized design used in the competition of Formula StudentGermany -21 by KTH Formula Student. The rules of Formula Student dictate the structural requirements on themonocoque based on a steel space frame. All materials except low carbon steelused in the structure require proof of equivalence through regulated testingmethods. However, this thesis shows that the regulated setup can severelyaffect results through a deep analysis of the testing methodology.The torsional stiffness of the monocoque is analyzed and optimized accordingto the results of a free-size optimization. Both through slight adjustmentsin chassis geometry and the laminate, resulting in a theoretical torsionalstiffness of 9.9 kNm/deg, more than five times as much as the old space frame.Weighing in at 20 kg, a significant weight reduction of about 10 kg, eventhough it was larger, with a surface area of about 4.2 m2. This design will be the first monocoque manufactured within KTH FormulaStudent since 2010. Therefore, a lot of focus was put on analyzing the rulesand lay the ground for future development by conducting tests on optimizedpanels. These results have the potential to further reduce the weight of a futuremonocoque with a different geometry. / Allt fler sportbilar använder självbärande karosser i komposit. Till skillnadfrån deras stål och aluminium motsvarighet så tillåter kompositkonstruktionenen styvare konstruktion för samma vikt. Denna rapport går igenom denkomplicerade optimeringsprocessen för en självbärande kaross i kolfiber appliceratinom tävlingen Formula Student. Målet med rapporten är att läsaren ska fåen bättre förståelse av reglerna och dess påverkan på optimeringsprocessensamtidigt som en optimerad design presenteras för användandet i “FormulaStudent Germany -21” åt KTH Formula Student. Reglerna inom Formula Student ställer strukturella krav på den självbärandekarossen baserat på en standard för stålrörsramar. Alla material förutomlåg kols stål som används i strukturen kräver att ekvivalens bevisas genomspecifika tester. Denna rapport visar att dessa tester kan generera olika resultatgenom en djup analys av metodiken. Torsions styvheten av karossen analyseras och optimeras enligt reglernagenom en så kallad free-size optimization". Genom att variera geometri ochkomposit utvecklades en kaross som var mer än 5 gånger så styv som dentidigare stålrörsramen med en teoretisk torsions styvhet på 9.9kNm/deg. Meden vikt på 20 kg reducerades även vikten 10 kg, även om den var större, ochhade en area på cirka 4.2m2. Denna design kommer att vara den första självbärande komposit karossentillverkad inom KTH Formula Student sedan 2010. Efter den djupa analysen avreglerna, testas då de optimerade panelerna, vilket lägger grunden för framtidautvecklingen. Dessa resultat har potential att reducera vikten ytterligare av enframtida kaross, genom ändringar i geometrin.

Polyamide 6/SiO2 hybrid materials were produced by a coupled polymerization reaction of three monomeric components namely 1,1′,1′′,1′′′-silanetetrayltetrakis-(azepan-2-one) (Si(ε-CL)4), 6-aminocaproic acid (ε-ACA) and ε-caprolactam (ε-CL) within one process. Si(ε-CL)4 together with ε-ACA has been found suitable as a precursor monomer for the silica and PA6 components. The accurate adjustment of the molar ratio of both components, as well as the combination of the overall process for producing the polyamide 6/SiO2 hybrid material with the hydrolytic ring opening polymerization of ε-caprolactam is of great importance to achieve homogeneous products with a low extractable content. Water in comparison with ε-ACA has been found unsuitable as an oxygen source to produce uniformly distributed silica. The procedure was carried out in a commercial laboratory autoclave at 8 bar initial pressure. The molecular structure and morphology of the hybrid materials have been investigated by solid state 29Si and 13C NMR spectroscopy, DSC and FTIR spectroscopy and electron microscopy measurements. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Den här rapporten innehåller en analys av en cykelram tillverkad i träkomposit med hjälp av finita elementmetoden. En grupp studenter, utbildade inom finsnickeri, har utvecklat och tagit fram cykeln men behöver hjälp utifrån med den fortsatta utvecklingen av den.S yftet med det här arbetet är att skapa ett underlag som ligger till grund för förbättringar av cykelns geometri, genom att utvärdera nuvarande konstruktion. Underlaget skall även ligga till grund för att underlätta val av material. Materialdatan som tilldelats innehåller information om tre olika material med två olika tjocklekar, 3 och 4 mm. Då materialdatan inte tar träets fiberriktning i beaktande, har ingen hänsyn kunnat tas till att materialen egentligen är ortotropiska, vilket innebär att värdena är grova uppskattningar och vidare studier behövs för att fastställa noggrannare värden. Då uppdragsgivarna inte hade en fungerande Computer Aided Design-modell (CAD) gjordes en omkonstruktion och anpassning för att fungera med Finita Element Metoden-programmet (FEM). CAD-modellen konstruerades i Creo Parametric 3.0 och FEM-programmet som har använts är Creo Simulate.Då det inte går att simulera alla situationer som en cykel utsätts för, har fyra stycken lastfall valts ut. Lastfallen är tänkta att vara fall som inträffar relativt ofta men som även belastar cykelramen hårt, nämligen stöt i fram- och bakhjul samt cykling uppför sittandes och ståendes. Resultaten som presenteras i den här rapporten visar att nuvarande konstruktion med 3 mm tjocklek klarar de lastfall som har simulerats. Det resulterar i att tjockleken 4 mm, som är ett av alternativen, är onödigt tjock. Vidare utveckling bör instället fokusera på att välja materialstruktur utifrån önskade egenskaper. / This thesis contains an analysis of a bicycle frame made of wood composite using finite element analysis. A group of students, educated in carpentry, have developed and created a bike but needs help from third part to continue the development of it. The intention of this project is to create a basis as a foundation for future improvements on the bicycle geometry, by evaluating current construction. This basis shall also to be used when material is picked to ease the process. The material data which has been received includes information about three different materials with two variants of thickness, 3 and 4 mm. As the material data does not take fiber direction into consideration, no regard has been made to the fact that the materials actually are orthotropic, which mean further studies are required to determine more accurate values. Since the employer did not have a properly working Computer Aided Design-model (CAD), a reconstructed and adapted model to function in the Finite Element Analysis (FEA) environment was created. The CAD-model was constructed using Creo Parametric 3.0 and the FEA software used was Creo Simulate. Since it’s not possible to simulate all situations that a bicycle is exposed to, four load cases have been chosen. The load cases are intended to be situations that occur relatively often but also put the bike structure under a lot of stress, namely a bump in the front and back wheel and also climbing in and out of the saddle. The results presented in this thesis report show that the current construction with 3 mm thickness can endure the load cases without exceeding any limits. This concludes that that 4 mm thickness, which is an option, is unnecessary thick. Further development should instead be focused on choosing the proper material structure based on desired properties.

Die Synthese von neuartigen organisch-anorganischen Polymer-Zeolith-Hybriden wird in der vorliegenden Arbeit vorgestellt. Die Hybride wurden durch kationische Polymerisation elek-tronenreicher Monomere direkt in den Poren der Zeolithe und zeolithanalogen Materialien hergestellt. Die Vinylether Ethyl-, Isobutyl-, Cyclohexyl- und 2-Chlor-ethylvinylether, 2,3-Dihydrofuran, 2-Methoxypropen sowie N-Vinylcarbazol wurden zur Herstellung der orga-nischen Komponente der Hybride genutzt. Die Polymerisation wurde dabei einerseits durch die Protonen der Zeolithgitter und andererseits durch separate Oberflächeninitiatoren gestar-tet. Die anorganische Basis der Hybride bildeten vorrangig mikroporöser HY-Zeolith und mesoporöses MCM-41. Bei der Synthese entstand neben dem eingeschlossenen Polymer im Zeolith eine vom Hybrid extrahier-bare Polymerfraktion. Beide Fraktionen wurden mittels GPC und einer speziellen Kopplung von GPC und UV/Vis-Spektrometer analysiert. DSC und dielektrische Spektro-skopie wurden zur Glasübergangstemperaturbestimmung herangezogen. Die Strukturuntersuchung der neuartigen Hybridmaterialien erfolgte mit Festkörper-NMR-Spektroskopie, Röntgendiffraktometrie XRD, Transmissionselektronenmikroskopie TEM, Sekun-därelektro-nenmikroskopie SEM, Elektronenstrahlmikroanalyse ESMA, UV/Vis-Spektroskopie und Infrarotspektroskopie FT-IR. Die Porentopologie wurde mit Stick-stoff-sorp-tionsmessungen bestimmt.