Due to the wide range of properties of plastics (e.g. low density, low electrical and thermal conductivity), conventional materials will be increasingly substituted by polymers. Multifarious requirements on technical parts intensify the demand for joining processes, which ensure the reliable joining of incompatible thermoplastics. In this case, material bonded joints are approaching their limits. The present study focusses on the welding of two incompatible thermoplastic polymers (polyamide and polyethylene) by using adapted blend materials, which are compatible to both joining components. The results prove the feasibility of this method and indicate the high potential regarding the reachable joint strength. Furthermore, the study demonstrates the challenges regarding the suitable application of blend materials and deals with open scientific questions concerning their industrial usage.

Additive manufacturing has increased in popularity in recent years partly due to the possibilities of producing complex geometries in a rapid manner. Selective laser sintering (SLS) is a type of additive manufacturing technique that utilizes polymer powder and a layer-by-layer technique to build up the desired geometry. The main drawbacks with this technique are related to the reproducibility, mechanical performance and the poor surface finish of printed parts. Surface roughness increase the risk of bacterial adhesion and biofilm formation, which is unbeneficial for parts to be used in the healthcare industry. This thesis investigated the possibility in reducing the surface roughness of SLS printed polyamide 12 with the fully automated post-processing technology PostPro3D. The postprocessing relies on chemical post-processing for smoothening of the parts’ surface. PostPro3D utilizes vaporized solvent which condenses on the printed parts causing the surface to reflow. By this roughness, in terms of unmolten particles, is dissolved and surface pores are sealed. The influence of alternating post-processing parameters; pressure, temperature, time and solvent volume was evaluated with a Design of Experiments (DoE). The roughness reduction was quantified with monitoring the arithmetic mean average roughness (Ra), the ten-point height roughness (Rz) and the average waviness (Wa) using a stylus profilometer and confocal laser scanning microscope (CLSM). The effect of post-processing on mechanical properties was evaluated with tensile testing and the effect on microstructure by scanning electron microscopy (SEM). A comparison was made between post-processed samples and a non-postprocessed reference, as well as between samples post-processed with different degree of aggressivity, with regards to the roughness values, mechanical properties and the microstructure. Results indicated that solvent volume and time had the largest effect in reducing the roughness parameters Ra and Rz, while time had the largest influence in increasing the elongation at break, tensile strength at break and toughness. The post-processing’s effect on waviness and Young’s modulus was less evident. SEM established that complete dissolution of powder particles was not achieved for the tested parameter ranges, but a clear improvement of the surface was observed for all different post-processing conditions, as compared to a non-post-processed specimen. The reduction in roughness by increased solvent volume and time was thought to be due to increased condensation of solvent droplets on the SLS-parts. The increase in mechanical properties was likely related to elimination of crack initiation points at the surface. In general, the mechanical properties experienced a wide spread in the results, this was concluded to be related to differences in intrinsic properties of the printed parts, and highlighted the problems with reproducibility related to the SLS. An optimal roughness of Ra less than 1 µm was not obtained for the tested post-processing conditions, and further parameter optimization is required. / Möjligheten att tillverka komplexa geometrier på ett snabbt sätt, har fått additiv tillverkning att öka i popularitet. Selective laser sintering (SLS) är en typ av additiv tillverkning där polymer pulver sintras samman succesivt lager för lager. Dessa lager bygger tillsammans upp den önskade geometrin. De största nackdelarna med SLS är att de tillverkade delarna har bristande mekaniska egenskaper, har brister i reproducerbarheten samt att ytan har en dålig kvalitet, den är ojämn. Ytojämnheten ökar risken för att bakterier fastnar och ett en biofilm bildas. Då produkten ska användas inom sjukvården, är det viktigt att biofilm bildning undviks. Den här uppsatsen har undersökt möjligheterna att reducera ytojämnheten av SLS-printad polyamid 12 med hjälp av kemisk efterbehandling i PostPro3D. Denna maskin är helt automatisk och åstadkommer ytbehandling genom att förånga lösningsmedel som sedan kondenserar på det SLS-printade materialet. Ytan på materialet löses upp vilket minskar ytojämnheter i form av pulver partiklar samt sluter porer på ytan. Genom att ändra på parametrarna för efterbehandlingen kan graden av aggressivitet påverkas, detta gäller tryck, temperatur, tid och lösningsmedels volym. De optimala parametrarna för att åstadkomma en jämn yta utvärderades med en Design of Experiments (DoE). Reducering av ytojämnhet mättes med hjälp av aritmetisk genomsnittlig ojämnhet (Ra), tio-punkts höjd ojämnhet (Rz) och medel-vågighet (Wa), med nålprofilometer och konfokal mikroskop. Efterbehandlingens påverkan på de mekaniska egenskaperna utvärderades i ett dragprov, medan mikrostrukturen undersöktes med svepelektronmikroskop (SEM). Ytjämnheten, de mekaniska egenskaperna och mikrostrukturen jämfördes mellan icke behandlade prover och ytbehandlade prover, med varierad grad av aggressivitet. Resultaten indikerade att tid och volym hade störst effekt på Ra och Rz, medan tid hade störst positiv inverkan på töjning, styrka och seghet. Effekten på styvheten (E-modulen) och vågigheten (Wa) var mindre uppenbar, och någon tydlig påverkan kunde inte observeras. SEM-analys visade att fullständig upplösning av partiklar på ytan inte sker för de testade behandlingarna, men en tydlig förbättring kunde ses vid jämförelse av ett obehandlat prov och ett behandlat prov. Den ökade ytjämnheten för längre tid och högre volym tros bero på en ökad kondensering av lösningsmedel på ytan under efterbehandlingen. Ökningen i mekaniska egenskaperna är troligtvis relaterade till eliminering av kritiska defekter på ytan. Generellt visade de mekaniska egenskaper en stor spridning i resultaten, detta tros bero på inneboende egenskaper i provstavarna. Denna slutsats understryker den bristande reproducerbarheten för SLS-printning. En optimal ytjämnhet antas vara ett Ra värde under 1 µm, denna ytjämnhet har inte uppnåtts med de testade efterbehandlingsparameter värdena, därför krävs ytterligare parameter optimering för att nå optimal efterbehandling.

Objectives. Polyamide-12 (PA) is a flexible material suited for denture bases and clasping. This study investigated its potential aging effects with a focus on surface roughness, color stability, and elasticity. Methods. PA specimens (Valplast) of 40 × 10 × 2mm and equally measuring PMMA specimens (Palapress) as control were fabricated. Color changes after storage in air, water, coffee, and red wine (n = 10) were measured using the CIE L*a*b color specification. Elasticity after thermocycling (1000, 3000, and 7000 cycles, n = 15) was measured by three-point bending testing. Mean surface roughness (Ra) was determined after storage in the liquids mentioned above and thermocycling (n = 10). Results. Tukey’s HSD test (P < 0.05) revealed statistically significant color changes of PA in red wine (ΔE = 4.27 after 12 days, EΔE = 6.90 after 12 days) and coffee (ΔE = 3.93 after 36 days) but no color changes in PMMA. Elastic modulus of PA was 845MPa and not affected by thermocycling (Tukey’s HSD test, P > 0.81). Dry specimens showed significantly decreased elasticity (P < 0.001). Mean surface roughness (PA 0.20 μm, PMMA 0.28 μm) did not change significantly after thermocycling or storage (Mann-Whitney U-test, 0.16 < P < 0.65). Significance. PA exhibited a higher susceptibility to discoloration than PMMA. Neither surface roughness nor elasticity of PA was altered by artificial aging.

The master thesis deals with design to produce terminal using the plastic injection molding. In the first part are theoretical information about injection molding and injection molding with inserts. The second part is a concrete design of production terminal which contains: injection mold design, calculation of the injection parameters, machine selection, technical and economic evaluation of production. Terminal is made of polyamide 66, inserts material is brass. Parts of injection mold assembly are selected from Hasco standards. The main parts of assembly are made of 1.2312 steel. Production cycle is placed on injection machine Allrounder 375 V from Arburg.

The work deals with structrural and morphological characterization of polyamide buckles used to fasten webbins. The buckles were produced in five different years, a few of those produced in 2000 and 2004 were broken. The aime is to determine the type of polyamide and the cause of fracture of the buckles during using. The buckles were characterized in terms of structure and composition by Fourier-transform infrared spectroscopy in a mode of attenuated total reflaction, differential scanning calorimetry, thermogravimetry and X-ray diffraction. The buckles were made of polyamide 12. The broken buckles showed higher melting point, lower thermal stability and, in addition to modification it also contains modification, which is more fragile and probably represents the cause of fracture.

Plast- och kompositindustrin har växt i årtionden och den ständigt växande världen och ny teknik kräver ännu större mängder polymerkompositer för en mängd olika tillämpningar. Numera är de negativa miljöaspekterna av polymerproduktion och plastavfall kända, men trots detta är råoljafortfarande det primära råmaterialet för de flesta polymerer. Att hitta biobaserade material medtillräckliga egenskaper för att ersätta de fullt syntetiska materialen är avgörande för en hållbarutveckling. Detta examensarbete studerar både glasfiber och mikrokristallin cellulosaarmerade biooljebaserade polyamider, samt undersöker hur de kan kompatibiliseras, deras mekaniska egenskaper samt användbarheten för additiv tillverkning. Kompatibilisering är en viktig aspekt när två föreningar blandas för att göra en komposit. Enlämplig kompatibilisator kommer att förbättra vidhäftningen vid gränsytan mellan armeringsmaterialet och polymermatrisen och därmed öka de mekaniska egenskaperna hos materialet. Glasfiber / polyamid-kompositen kompatibiliserades med vinyltrimetoxisilan, medanmikrokristallin cellulosa / polyamid-kompositen kompatibiliserades med 4,4'-difenylmetandiiisocyanat. Båda kompositerna analyserades för att erhålla information om termiska, mekaniska och reologiska egenskaper. Yt- och sprickmorfologin undersöktes också. Resultaten indikerar att armeringen resulterade i förbättrade mekaniska egenskaper, även om den önskade kompatibiliseringen inte erhölls i experimentet. Det mest uppmuntrande resultatet var att den biobaserade cellulosaarmeringen förbättrade de mekaniska egenskaperna. Genom visuell undersökning fanns den helt biobaserade polymerkompositen vara mjukare än den glasfiberarmerade. Framtidsutsikterna visar att det finns vissa problem att ta itu med och övervinna för att dessa material ska göras lämpliga för additiv tillverkning. Nyckeln är att hitta en kompatibilisator som tålupprepad bearbetning vid höga temperaturer. För att upprätthålla enhetliga egenskaper krävskorrekt spridning av armeringsmaterialet, vilket uppnås genom att optimera tillverkningsmetoden. Dessutom är cellulosa benägen att termisk nedbrytning, så behandlingstemperaturerna för både armeringsmaterialet och polymermatrisen bör övervägas noggrant. / Plastics and composites have been a growing industry for decades, and the always growing worldand new technologies demand even greater amounts of polymeric composites for a variety ofapplications. Nowadays the negative environmental aspects of polymer production and plastic waste are known, but despite that crude oil is still the primary material for most polymers. Finding biobased materials with sufficient properties to replace the fully synthetic ones is crucial in sustainable development. This master’s thesis studies both glass fiber and microcrystalline cellulose reinforcedbio-oil based polyamide, how they could be compatibilized, the mechanical properties and applicability for additive manufacturing. Compatibilization is an important aspect when two compounds are mixed to make a composite. A proper compatibilizer will enhance the interfacial adhesion between the reinforcement and matrix, thus increasing the mechanical properties of the material. The glass fiber/polyamide11 composite was compatibilized with vinyltrimethoxysilane, and the microcrystalline cellulose/polyamide11 composite was compatibilized with 4,4'-diphenylmethane diisocyanate. Both composites were analyzed to obtain information about thermal, mechanical, and rheological properties. The surface and fracture morphology are examined, as well.The results indicate that reinforcing resulted to enhanced mechanical properties, even though the desired compatibilization was not acquired in the experiment. The most encouraging result was that the bio-based cellulose reinforcement enhanced mechanical properties, by visual examination thefully bio-based polymeric composite was found to be more ductile than the glass fiber reinforcedone. For future prospect, there are few issues to be addressed and overcome for these materials to bemade suitable for additive manufacturing. The key is finding a compatibilizer that can withstand high processing temperatures repeatedly. Maintaining uniform properties requires proper dispersion of reinforcement, which is achieved by optimizing the manufacturing method. In addition, cellulose is prone to thermal degradation, so the processing temperatures for both reinforcement and matrix should be considered carefully. / Muovit ja komposiitit ovat jo vuosikymmenien ajan ollut kasvava teollisuuden ala, ja alatikehittyvä maailma sekä uudenlainen teknologia vaatii entistä enemmän polymeerikomposiittejaerilaisiin käyttökohteisiin. Nykyään polymeerituotannon ja käytöstä poistuvien muovituotteidennegatiivisista ympäristövaikutuksista ollaan tietoisia. Tästä huolimatta raakaöljy on pääraaka-ainepolymeerien valmistuksessa. Ympäristövaikutusten minimoimiseksi olisi tärkeää löytääbiopohjaisia materiaaleja, jotka ominaisuuksiensa puolesta ovat riittäviä korvaamaan täysinsynteettisiä materiaaleja. Tässä työssä on tutkittu sekä lasikuidulla että mikrokiteisellä selluloosallavahvistetun bioöljypohjaisen polyamidin kompatibilisointia ja mekaanisia ominaisuuksia, sekäkyseisten komposiittien soveltuvuutta materiaalia lisääviin valmistusmenetelmiin.Kompatibilisaatio on tärkeää, kun yhdistetään kaksi eri komponenttia yhdeksikomposiittimateriaaliksi. Sen tarkoituksena on vahvistaa molekyylien rajapinnan adheesiotalujitteen ja sidemassan välillä, jolloin materiaalin mekaaniset ominaisuudet paranevat. Lasikuidullalujitettujen polyamidikomposiittien kompatibilisointiin käytettiin vinyylitrimetoksisilaanilla jamikrokiteisellä selluloosalla lujitettu polyamidikomposiitti kompatibilisoitiin 4,4'-difenyylimetaanidi-isosyanaatilla. Molempien komposiittien termiset, mekaaniset ja reologiset ominaisuudetarvioitiin. Lisäksi tutkittiin pinnan ja murtumakohdan morfologiaa.Tulokset osoittavat, että polymeerin lujittaminen parantaa mekaanisia ominaisuuksia, vaikkatavoiteltua kompatibilisaatioita materiaalien välillä ei tapahtunutkaan. Työn lupaavin tulos olibiopohjaisen mikrokiteisen selluloosan tuoma parannus materiaalin kestävyysominaisuuksille.Etenkin silmämääräisesti tarkastellessa täysin biopohjainen polymeerikomposiitti oli taipuisampaakuin lasikuidulla lujitettu komposiitti.Muutamaan asiaan tulee kiinnittää erityisesti huomiota, jos tämänkaltaisia materiaaleja halutaankäyttää materiaalia lisäävissä menetelmissä. Tärkeintä on löytää kompatibilisoija, joka kestääkorkeita lämpötiloja toistuvasti. Lujitteen tasainen dispersio on tärkeää, jotta saadaan aikaantasaista laatua ja ominaisuudet ovat samanlaiset koko materiaalissa. Tämä saavutetaanvalmistusmenetelmän optimoinnilla. Lisäksi tulee ottaa huomioon selluloosan taipumus termiseenhajoamiseen, jolloin sekä lujitteen että sidemassan prosessointilämpötilat tulisi ollasamansuuruiset.

The application of thermoplastics as load-carrying components in furniture applications is an attractive prospect at IKEA. Thermoplastics can be used instead of metal where advanced geometries and aesthetics are considered. In this thesis work in solid mechanics, it is of interest to investigate different test setups proposed in the literature for compression testing of thermoplastics while taking into account the complex stress fields induced in the test samples during the compression test.  The simulations have showed that the main cause of complex stress fields in compression test specimens is the presence of friction between the specimen and the machine heads. Friction prevents perfect Poisson contractions during the test which shifts the orientation of the local stress tensors from the direction of loading. Out of the shapes investigated in this thesis, it has been concluded that cube-shaped specimens were the most suitable to utilize in compression tests. The results were based on exploiting measures that pertain to accuracy and robustness parameters within stress and strain. Furthermore, manufacturing impact and ease of test measurements were considered. / Användningen av termoplaster som lastbärande komponenter i möbelapplikationer har ökat under de senaste åren inom IKEA. Då det förutom att vara estetiskt tilltalande för hela möbler är främsta användningen i komponenter som har mer komplicerade geometrier. I detta examensarbete i hållfasthetslära är det av intresse att undersöka olika provkroppar vilket föreslås i litteratur för kompressionsprovning av termoplaster med hänsyn till de komplexa spänningstillstånden som orsakas under provning.  Simuleringarna har påvisat de komplexa spänningstillstånd i kompressionsprov som uppkommer på grund av friktion mellan provstaven och grepen. Friktion förhindrar perfekt tvärkontraktion, vilket förändrar orienteringen av de lokala spänningstensorerna från belastningsriktningen, vilket är enaxlig. Utifrån de former som undersöktes i detta examensarbete blev slutsatsen att kubformade provkroppar var de mest lämpliga att använda i kompressionsprovning. Resultaten baserades på att utnyttja åtgärder som avser noggrannhetsparametrar inom spänning och töjning men även tillverknings och provmätningens lätthet.

In der vorliegenden Arbeit wurden stickstoffhaltige Monomere ausgehend von aromatischen Aminen oder Lactamen durch Umsetzung mit Chlorsilanen synthetisiert. Die so erhaltenen Derivate wurden mit Hilfe spektroskopischer und thermischer Analysenmethoden umfassend charakterisiert. Auf Basis der stickstoffhaltigen Monomere wurden über unterschiedliche Synthesestrategien organisch-anorganische, nanostrukturierte Hybridmaterialien hergestellt. Durch die thermisch induzierte Zwillingspolymerisation der Monomere 2,2‘-Spirobi[3,4-dihydro-1H-1,3,2-benzodiazasilin] und 1,1’,4,4‘-Tetrahydro-2,2‘-spirobi[benzo[d][1,3,2]-oxazasilin] gelang es, Hybridmaterialien bestehend aus Polyanilin-Formaldehyd-Harzen und Polysilazanen bzw. Siliciumdioxid unter Variation der Reaktionstemperatur herzustellen. Die Untersuchung der entstandenen Materialien erfolgte mittels spektroskopischer Methoden. Die Lactam-Monomere wurden durch die Zugabe von Aminocarbonsäuren zu Polyamid 6/SiO2- bzw. Polysiloxan-Kompositen umgesetzt. Hier stand die Ermittlung der molekularen Struktur, wie auch die Bestimmung des thermischen Verhaltens und der Homogenität der Materialien im Vordergrund. Es konnte gezeigt werden, dass die Synthese der thermoplastischen Kompositmaterialien auch in vergrößertem Maßstab reproduzierbar ist und die Produkte zudem zu Folien extrudierbar sind. / In the present work nitrogen-containing monomers have been synthesized by reactions of silicon tetrachloride with amines or lactames and were characterized by different spectroscopic and thermal analysis methods. The twin monomers 2,2‘-spirobi[3,4-dihydro-1H-1,3,2-benzodiazasiline] and 1,1’,4,4‘-tetrahydro-2,2‘-spirobi[benzo[d][1,3,2]¬oxazasiline] can be converted to hybrid materials containing polyaniline-formaldehyde resins and polysilazane or SiO2 by thermal induced twin polymerization under variation of the reaction temperature. The obtained nano composites were investigated by spectroscopic methods and electron microscopy. The lactam containing monomers were polymerized to polyamide 6/SiO2-composites by addition of aminocarbonic acids and -caprolactam. The analysis of the molecular structure as well as the investigation of the thermal behavior and the homogeneity of materials was emphasized. It could be shown, that the synthesis can be performed reproducible. Furthermore, it is possible to extrude the thermoplastic composite materials to films.

The theoretical part is focused on evaluation of chosen ?essential? plastics used in the car industry. The principles of construction and proportioning of plastic components, basic conception of injection moulding and measuration follow. Another section of the theoretical part presents a summary of possible CAD systems, which are used. The practical part is focused on a particular plastic moulding. It includes the main description of a component with its material choice in dependence on the component function. Another section contains evaluation of the component complexity from the viewpoint of moulding, and a possible substitution of constructions, which could be productively simpler, is shown. The whole thesis is completed for better lucidity by pictures, drawings, and mechanical drawings.

Zur Analyse der Beanspruchungen in textilverstärkten Elastomerbauteilen wie Luftfedern, Reifen, Riemen und Schläuchen sind Berechnungsmodelle mit einer feinen Balance zwischen Genauigkeit und Effizienz erforderlich. Die großen Deformationen, stark anisotropen Struktureigenschaften und kleinen Abmessungen der Festigkeitsträger gegenüber denen des Bauteils bedürfen einerseits einer detaillierten Modellierung, andererseits sind die kritischen Bereiche in diesen Bauteilen räumlich stark begrenzt, sodass eine Reduktion des Berechnungsaufwands erstrebenswert ist. Diese Modellreduktion führt zu Simulationen mit geringer Rechenzeit, die für eine praxistaugliche Optimierung von Hybridcord-Elastomer-Verbunden unerlässlich sind. Die beiden Hauptschwerpunkte der vorliegenden Arbeit bilden die kontinuumsmechanische Modellierung von Hybridcorden und die Erstellung repräsentativer Volumenelemente hochbeanspruchter Hybridcord-Elastomer-Verbunde. Aufbauend auf einem anisotropen Plastizitätsmodell zur Erfassung der Reibung in Multifilamentgarnen stellt ein Finite-Elemente-Modell zur Simulation der Verzwirnung von Hybridcorden das Fundament der Arbeit dar. Anhand experimenteller Ergebnisse aus Zug- und Torsionsversuchen sowie einem Vergleich mit Querschnittsaufnahmen wird gezeigt, dass das Modell die komplexen Eigenschaften eines Hybridcords abbilden kann. Die Grundlage der repräsentativen Volumenelemente stellt eine Erweiterung der klassischen periodischen Randbedingungen dar, die eine Berücksichtigung von Krümmungen und Drucklasten ermöglicht. Das Modell eignet sich daher, die Beanspruchungen in den hochbelasteten Bereichen textilverstärkter Elastomerbauteile wie der Rollfalte einer Luftfeder effizient zu analysieren. Mittels Parameterstudien werden abschließend Hybridcorde und Hybridcord-Elastomer-Verbunde untersucht und einige Hinweise für eine optimale Gestaltung hinsichtlich minimaler Beanspruchungen des Elastomers, des Hybridcords sowie der Grenzfläche gegeben. / The analysis of stresses and strains within textile-reinforced rubber components like air springs, tyres, driving belts, and tubes requires accurate as well as efficient computational models. On the one hand, the large deformations, the composite's strongly anisotropic properties, and the large ratio between the size of the cords and the composite necessitate a precise modeling. On the other hand, the highly loaded parts of the components are spatially confined and thus a reduction of the computational effort is desirable. These reduced models are efficient enough for performing engineering-oriented optimizations. The two main priorities of this work are the continuum mechanical modeling of hybrid cords and the development of representative volume elements of highly loaded hybrid cord-rubber composites. Based on an anisotropic plasticity model, which takes the frictional sliding between the filaments within multifilament yarns into account, a finite element model for the simulation of the twisting process of a hybrid cord is the fundament of this work. A comparison with experimental results from tensile and torsional tests as well as images of cross sections validate the proposed hybrid cord model. The basis of the representative volume element is the extension of the classical periodic boundary conditions, which now enable to take the curvature and pressure load into account. Thus, the model is suitable to analyze the highly loaded parts of hybrid cord-rubber composites like the rolling lobe of an air spring. Finally, the set-ups of hybrid cords and hybrid cord-rubber composites are analyzed by means of parameter studies to obtain a minimized loading of the rubber, yarns, and their interface.