The target of this dissertation is based on the specified shape of plastic part to develop search technology of plastic injection molds, to the technological design process and construction of injection molds, including the necessary calculations. The project includes a search and a practical sections. Based on information from a search section a suitable material was chosen, which became the basis for practical section. The practical section with basic technology calculation is complemented by filling simulation analysis and stress analysis of critical elements. A part of this dissertation is the set of the drawings.

The theory of plastic injection molding technology together with procedure of designing injection molds is elaborated in this master thesis. Also, the technology of production is designed, derived from assigned component „cover“ analysis affirmed by necessary calculations. On the bases of these calculations, injection machine fitting requirements is chosen. Then injection mold is designed for the assigned component. Simulation of injection is performed for this mold using Autodesk Inventor 2011 and its module Moldflow and then results are thoroughly analyzed. Economical evaluation for this component is then executed towards the end of the thesis.

Master’s thesis deals with selection of a proper technology for manufacturing of chosen plastic part. The beginning of thesis contains part survey. Plastic injection was chosen as the most suitable manufacturing technology. Required theoretical knowledge for plastic injection mould designing were extracted in the recherche. Individual chapters deals with plastics, their manufacturing and plastic injection technology with all required knowledge about this technology, machines and moulds. Designing chapter contains every required calculation for mould design and all individual sections of mould design and injection machine selection. Injection simulations and their evaluations are part of this thesis aswell. Assembly and forms drawings as well as other documents used during thesis processing are included in the attachments.

This thesis contains of theoretical part which deals with injection molding, properties of some polymer materials are included also. Design of plastic injection mold for cover of electronic device is presented in practical part. Manufacturing parameters and injection machine selection are specified with mold structure consideration. Production costs and the final price of the plastic part are calculated in economical evaluation.

Im Fokus dieser Arbeit steht die Charakterisierung und Berechnung von Polyamid 6 (PA 6) mit Wasserkonzentrationsverteilungen. Hierfür wird das Material in stationären wie instationären Zuständen bei definierten Konzentrationsverteilungen charakterisiert, um daraus eine Methode zur numerischen Berechnung der Konzentrationsverteilungen auf Basis der Fick’schen Diffusion mittels Finite-Elemente Methode (FEM) zu entwickeln. Diese Berechnungsmethode verwendet experimentell ermittelte, konzentrations-abhängige Diffusionskoeffizienten und wird anhand von Sorptionsversuchen und computertomographischen Messungen der Konzentrationsverteilung validiert. An die berechnete Konzentration werden weitere konzentrationsabhängige Materialeigenschaften gekoppelt, um in einem nachgeschalteten Berechnungsschritt die wasserinduzierte Quellung bzw. das feuchteabhängige Deformationsverhalten vorherzusagen. Es wird zudem die Datengrundlage geschaffen, mit der die vorliegende Konzentration in eine lokale Glasübergangstemperatur umgerechnet werden kann, sodass sie in weiterführenden Arbeiten als interne Variable eines Materialmodells genutzt werden kann. Durch Korrelation der numerischen mit den experimentellen Ergebnissen kann eine Aussage über die Genauigkeit der FE-Berechnung gegeben und die Grenzen sowie Möglichkeiten der Berechnungsmethode aufgezeigt werden.

Additive manufacturing methods has been prevailing for several decades and the recent technological advancements brings in the flexibility and consideration for large-scale production in the industries. The components manufactured with these methods have wide variety of applications and therefore, it is crucial to investigate the mechanical performance of the printed parts. There have been many researches done to investigate the mechanical behaviour of polymer material but the studies are limited when it comes to the fatigue performance of the polymer parts printed using multi-jet fusion technology. The aim of the master thesis is to investigate the fatigue behaviour of polyamide12 (PA12) material with the components manufactured using HP’s multi-jet fusion 3D printing machine. Fatigue life is influenced by several factors such as the loading condition, the topology of the specimen, material properties, print quality and the environmental conditions. It is therefore essential to consider all these factors when developing the experiments for fatigue life prediction. The master thesis work can be divided into three sections. The first section focuses on evaluating the mechanical properties of polyamide12. This includes the quasi-static test for determining the tensile properties of specimens with the geometrical influence, the difference in properties in relation to the print directions, the influence of humidity and porosity over the mechanical performance of the material and finally the effect of internal heat generation and the surrounding temperature. The results show that the temperature and the quality of the specimens are the two major factors affecting the mechanical and fatigue performance of PA12. That being said, the next section focuses on setting up the fatigue experiments based on the data obtained from the static tests. When carrying out the experiment, both the test frequency and the surrounding temperature were foundto have a greater impact over the fatigue results. High test frequency showed a dramatic increase in the temperature of the specimen which caused an early failure. Hence, the experiments were developed in such a way that the influence of the thermal fatigue can be ignored by controlling the temperature of the specimen through a compressed air cooling system. The final section presents the findings, the conclusions about the material behaviour and the development of a finite element model to predict the fatigue life of a topology optimised demonstrator part using the data gathered from the experiments. / Additiva tillverkningsmetoder har använts i flera decennier och de senaste tekniska framstegen möjliggör flexibilitet och storskaliga produktionsprocesser. Komponenter tillverkade med dessa metoder har många olika tillämpningar inom industrin och därför är det avgörande att undersöka de tillverkade materialens mekaniska prestanda. Det har gjorts många undersökningar av det mekaniska beteendet hosmaterial som metaller och polymerer, men studierna är begränsade när det gäller utmattnings prestandan hos detaljer som tillverkats med multi-jet fusionsteknik.  Syftet med examensarbetet är att undersöka utmattnings beteendet hos polyamid-12 (PA12) tillverkat med hjälp av HP multi-jet fusion 3D-utskriftsteknik. Utmattnings livslängden påverkas av flera parametrar såsom belastnings tillståndet, provets topologi, materialegenskaper, utskrifts kvalitet och miljöförhållanden. Det är därför viktigt att ta hänsyn till alla dessa faktorer när man utvecklar experimenten för utmattnings karakterisering. Examensarbetet kan delas in i tre avsnitt. Det första avsnittet fokuserar på att utvärdera de mekaniska egenskaperna hos PA12. Detta inkluderar kvasi statisk provning för att bestämma drag egenskaperna hos prover med olika geometrier, skillnaden i egenskaper i förhållande till utskrifts riktningarna, inverkan av fukt och porositet på materialets mekaniska prestanda och slutligen effekten av yttre temperatur. Resultaten visar att temperaturen och kvaliteten på proverna är de faktorer som har störst inverkan på den mekaniska prestandan hos PA12. Med detta som utgångspunkt fokuserar nästa avsnitt på att sätta upp utmattnings experimenten baserat på data som erhållits från de statiska testerna. Under utformningen av experimenten visade sig test frekvensen och den omgivande temperaturen ha en stor inverkan på utmattnings resultaten. Hög test frekvens bidrog till en dramatisk ökning av temperaturen hos provet vilket resulterade i tidigt brott. Experimenten utformades därför på ett sätt så att termisk inverkan kan undvikas, genom att kontrollera provets yttre temperatur med ett trycklufts kylsystem. Det sista avsnittet presenterar resultaten, slutsatser om materialets beteende och utvecklingen av en finita element modell för att förutsäga utmattnings livslängden för en topologioptimerad demonstratören med hjälp av data som samlats in från experimenten.

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.

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.

This thesis was made in cooperation with Roxtec. Roxtec specialises in cable sealingsolutions and are world leading in their area. In many of Roxtec’s products steel isused in the frame holding the sealing rubber. To lower Roxtec’s environmental foot-print plastic would be used instead in the frames if possible, more specific polyamide6.6 with 25% glass fiber reinforcement (PA66GF25). Polyamide is affected to agreater extent by temperature and humidity than steel and therefore poses a greaterrisk when considering the sealing capability in harsh conditions. The purpose of thisthesis is therefore to investigate the effects on the Young’s modulus by temperatureand relative humidity, which both correlate to moisture content in the plastic. Theintended temperature and moisture saturation interval are -40◦C to 80◦C and 0% to100% moisture saturation respectively. Tensile test samples were made through machining samples from existing productsand conditioning them to desired moisture content. With the use of tensile testingthe Young’s modulus could be determined for a number of combinations of temper-ature and moisture content. From this data an approximated polynomial surfaceof the Young’s modulus could be produced. The conditioning of the test piecescould be accelerated by submersion in heated water, decreasing conditioning timeto less than two days. The approximation of the Young’s modulus function couldbe done using polynomial approximation. The resulting polynomial for the positivetemperatures was of the third order dependant of the two variables moisture con-tent and temperature. For the negative temperatures a single variable polynomialwas approximated due to only one moisture content being tested for. To ensure thevalidity of the model each test combination consisted of three individual tensile testof which an average was calculated. The approximated function was then comparedto a data sheet value for a certain moisture content and temperature. From theresulting surface approximation of the Young’s modulus in positive temperatures itcan be deduced that PA66GF25 is more greatly affected by moisture content thantemperature. Especially at low levels of moisture content where the rise in Young’smodulus is exponential while more linear at higher moisture contents. The maximumand minimum Young’s modulus was found to be 8 GPa and 2.7 GPa respectively.The negative temperature approximation was restricted to one moisture content andtherefore resulted in a graph. The behaviour of this graph was likely a result of icein the material as similarities to a study regarding the mechanical properties of icewas found. / Detta examensarbete gjordes i sammarbete med Roxtec. Roxtec specialialiserar sig ikabeltätningslösningar och är världsledande i området. I många av Roxtecs produk-ter så används stål till att försegla gummi. För att minska Roxtecs miljöpåverkan såskulle plast användas till tätningarnas ramar om möjligt, speficikt polyamid 6.6 med25% glasfiberförstärkning (PA66GF25). Polyamid påverkas till större andel av tem-peratur och luftfuktighet än stål och utsätts därmed för en större risk med avseendepå tätnings kapabiliteten i tuffa miljöer. Syftet med detta arbete är därmed attundersöka effekterna på Elasticitetsmodul från temperatur och luftfuktighet, vilkakorrelerar mot fuktmättnadsgraden i plasten. Det avsedda temperaturintervallet är-40◦C till 80◦C och 0% till 100% fuktmättnadsgrad. Dragprovstesterna gjordes genom bearbetning av existerande produkter följt av kon-ditionering till önskad fuktmättnadsgrad. Genom genomförandet av dragprov, såkunde Youngs modul bestämmas för ett antal kombinationer av temperaturer ochfukterhalter. Från denna data så kunde en polynomyta för Youngs modul approx-imeras. Konditioneringen av dragprovsbitarna kunde accelereras genom nedsänkningi upphettat vatten, vilket minskade konditioneringstiden till mindre än två dygn. Ap-proximeringen av funktionen för Youngs modul kunde göras genom polynomapprox-imering, vilket resulterade i en tredje ordnings polynom beroende på två variablernafuktmättnadsgrad och temperatur. En annan approximation gjordes för de nega-tiva temperaturerna, då enbart temperaturberoende beteende undersöktes med enkonstant fuktmättnadsgrad. För att säkerställa validiteten av modellen så gjordestre mätningar på varje testkombination ifrån vilket ett medel kalkylerades. Den ap-proximerade funktionen jämfördes sedan med värdena från datablad för en viss fukt-mättnadsgrad och temperatur. Från den resulterande ytapproximationen av Youngsmodul för de positiva temperaturerna, så kan slutsatsen att PA66GF25 är avsevärtmycket mer påverkad av fukt än temperatur dras. Detta är tydligare för de testernamed låga fuktmättnadsgrader då ökningen av Youngs modul är exponentiell medanden är mer linjär för högre fuktmättnadsgrad. Den maximala och minimala Youngsmodul visade sig vara 8 GPa och 2.7 GPa respektive. De negativa temperaturernasapproximation var begränsad till en fuktmättnadsgrad och därmed resulterade i engraf kring 5 GPa. Beteendet hos denna graf var troligtvis ett resultat från isen imaterialet vars beteende är snarlikt en studie på isens mekaniska egenskaper visadepå.

De senaste decennierna har visat på en stor ökning av den textila konsumtionen som följd av efterfrågan, samtidigt som den textila återvinningen idag är nästintill obefintlig. Detta leder till att mycket av det textila materialet deponeras istället för att återvinnas, vilket innebär ett stort slöseri av redan befintlig råvara som skulle kunna användas till att skapa nytt textilt material. Genom att undersöka olika återvinningsmetoder och -processer skulle denna råvara kunna användas på nytt. Examensarbetet är en del av forskningsprojektet ”Från spill till guld” som leds av forskningsinstitutet Swerea IVF. Forskningsprojektets utgångspunkt är att minimera produktionsspill och att höja dess värde inom bland annat textilindustrin. Examensarbetet syftar till att undersöka termomekanisk återvinning av plagg gjorda av polyamid 6.6 (PA6.6) och elastan, smältspinna filament samt formspruta provstavar från denna nya polymerblandning utan att separera fibrerna. Andra syftet är att även hitta en lösning för produkterna som undersöks i detta examensarbete kan återvinnas i sin helhet, så att ingen demontering av produkterna ska behövas. Fyra olika plagg undersöktes i examensarbetet bestående av materialblandningen PA6.6 och elastan. Analyser av de fyra olika plaggen genomfördes för att fastställa materialen. Hela plagg tillverkade i de olika materialen klipptes eller maldes ned och smältes sedan om genom kompoundering, därefter tillverkades granulat. Materialen testades i spinnbarhet genom smältspinningsförsök, sedan smältspanns eller formsprutades materialen. Resultaten från smältspinningsförsöken analyserades i ljusmikroskop för att avgöra om elastanen är termoplastiskt eller inte då detta är en avgörande faktor vid smältspinning. Olika tester gjordes på materialen för att undersöka deras eventuella kemiska nedbrytning som resultat av kompoundering. Resultatet visade att smältspinning och formsprutning inte är möjligt från denna polymerblandning. Ett antagande kan göras att återvinningen inte fungerade på grund av PA6.6:s höga smälttemperatur, då elastanen antagligen bryts ned vid denna höga temperatur, vilket förstör materialet. Slutsatsen blir då att smältspinning och formsprutning inte är möjligt utifrån denna polymerblandning, men återvinning till plastdetaljer kan produceras vid kompounderingsstadiet och återanvändas i annan industri än textilindustrin. Potential finns för återvinning av plagg till plagg om ändringar görs under processens gång och om elastanen identifieras som termoplastisk eller inte. / The latest decades have shown a large increase in textile consumption as a result of demand, at the same time the textile recycling today is almost non-existent. This means that much of the textiles are used for landfill rather than being recycled, which generates a large waste of raw material that could be used to create new textiles. By exploring various recycling methods and processes this raw material could be used again. This thesis is part of a research project, “From Waste To Gold”, which is led by the research institute Swerea IVF. The research projects foundation is to minimize production waste and to increase its value in areas such as textile industries. This thesis’ foundation is to examine the mechanical recycling of garments made by polyamide 6.6 (PA6.6) and spandex, melt spin filaments and produce injection moulded samples from this new polymer blend, without separating the fibres. The other foundation is to find a solution for the products that are examined in this thesis so they could be recycled as a unit, no disassembly of the products would be necessary Four different garments was examined in this thesis, the materials were a combination of PA6.6 and spandex. Different analyses were made on the four different garments. Whole garments from the different materials were cut or milled and then re melted through compounding, after compounding granulates was made. The materials spin ability was tested through melt spinning trials, then the materials were either melt spun or injection moulded. The results from the spinning trials was analysed in a light microscope to examine if the spandex were thermoplastic or not, as this is a crucial factor when melt spinning. Various tests were conducted to analyse their chemical degradation after the compounding. The results from the melt spinning and injection moulding showed that it was not possible to recycle this polymer combination this way. An assumption can be made that the recycling methods did not work because of the high melt temperature of PA6.6, the spandex assumes to decompose at this high temperature and therefore destroys the material. The conclusion is that melt spinning and injection moulding is not possible to conduct with this polymer combination, but recycling to plastic details could be done at the compound stage and then be used in some other industry, not in the textile industry. There are potential for garment-to-garment recycling if changes are made during the recycling processes and if the spandex could be identified as a thermoplastic or a non-thermoplastic.