Thermoplastische Kunststoffe werden zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften häufig mit Kurzfasern verstärkt, wodurch sich jedoch eine anisotrope Eigenschaftscharakteristik einstellt. Dies führt oftmals zu ungewohntem Werkstoff- und Bauteilverhalten. Die Fertigungsparameter und -randbedingungen im Spritzgießprozess besitzen einen großen Einfluss auf lokale Faserorientierungen, wovon auch die globalen Bauteileigenschaften abhängen. Für eine werkstoffgerechte Auslegung von derartigen Bauteilen sind tiefgreifende Verständnisse über die mechanischen, thermischen und rheologischen Eigenschaften sowie die Kopplung von Spritzgieß- und Bauteilsimulation unerlässlich. Diese sogenannte integrative Simulation wird am Beispiel eines Strukturbauteiles aufgezeigt.

Im Rahmen dieser Arbeit werden die Nanopartikel mittels verschiedener Beschichtungsverfahren auf eine Zwischenoberfläche (Substrat) appliziert. Diese wird anschließend in die Kavität einer Spritzgießmaschine eingelegt, wobei es während des Spritzgießprozesses zur Übertragung der Nanopartikel auf das PC-Formteil kommt. Als Modellsystem werden dafür Goldnanopartikel (AuNP) verwendet, da diese charakteristische optische, chemische und physikalische Eigenschaften aufweisen. Im weiteren Verlauf wurde die Übertragung von Kohlenstoffnanoröhren (CNT) und Siliziumdioxidnanopartikeln (SiO2-NP) untersucht. Die Oberflächen der SiO2-NP wurden außerdem mithilfe funktioneller Alkoxysilane modifiziert, um den Einfluss der Nanopartikeloberfläche auf die Übertragung zu untersuchen.

Durch die Verwendung eines hochgefüllten Compounds aus Haferspelzen in einer Matrix aus Kunststoff ist es möglich tribologisch hochbelastbare Führungs- und Stützelemente für Zug- und Tragmittel im Anwendungsfeld der Fördertechnik aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Die Werkstoffe weisen in Bereichen höherer tribologischer Belastungsintensitäten gegen die getesteten Reibpartner Vorteile hinsichtlich Reibwert und Verschleiß auf. Es werden Ergebnisse bezüglich der Verarbeitung der Spelzen bzw. des Compounds sowie mechanische und tribologische Untersuchungen dargestellt.

The following paper will illustrate the development of a multiflex chain in hybrid construction. The aim of this novel chain variant is to improve the stiffness and strength in comparison to conventional plastic slide chains. A two part multiflex chain with a chain pitch of 33.5 mm and a structural width of 83 mm was used as the basis for the development of the hybrid multiflex chain. The hybrid multiflex chain is supposed to be integrated in already existing layouts of chain conveyors. The load bearing structure of the single chain links is manufactured in the metal die cast procedure while taking the constructive, production related, and operational aspects into consideration and subsequently covered in the injection molding process with plastics commonly used for multiflex chains. The evaluation of the improved stiffness and strength takes place in the course of extensive test series. / In der folgenden Abhandlung wird die Entwicklung einer Multiflex-Kette in Hybridbauweise erläutert. Mit dieser neuartigen Kettenvariante soll eine Steifigkeits- und Festigkeitssteigerung gegenüber den konventionellen Kunststoffgleitketten erzielt werden. Als Ausgangsbasis für die Entwicklung der hybriden Förderkette dient eine zweiteilig ausgeführte Multiflex-Kette mit der Teilung von 33,5 mm und einer Baubreite von 83 mm. Die hybride Förderkette soll in bestehende Layouts von Kettenförderern integriert werden können. Unter Beachtung konstruktiver, fertigungstechnischer und betrieblicher Aspekte wird die lasttragende Struktur der einzelnen Kettenglieder im Metalldruckgussprozess gefertigt und anschließend mit einem, für Multiflex-Ketten üblichen Kunststoff im Spritzgießprozess ummantelt. Die Evaluierung der Steifigkeits- bzw. Festigkeitssteigerung erfolgt im Rahmen umfangreicher Versuchsreihen.

Im Rahmen dieser Arbeit werden die Nanopartikel mittels verschiedener Beschichtungsverfahren auf eine Zwischenoberfläche (Substrat) appliziert. Diese wird anschließend in die Kavität einer Spritzgießmaschine eingelegt, wobei es während des Spritzgießprozesses zur Übertragung der Nanopartikel auf das PC-Formteil kommt. Als Modellsystem werden dafür Goldnanopartikel (AuNP) verwendet, da diese charakteristische optische, chemische und physikalische Eigenschaften aufweisen. Im weiteren Verlauf wurde die Übertragung von Kohlenstoffnanoröhren (CNT) und Siliziumdioxidnanopartikeln (SiO2-NP) untersucht. Die Oberflächen der SiO2-NP wurden außerdem mithilfe funktioneller Alkoxysilane modifiziert, um den Einfluss der Nanopartikeloberfläche auf die Übertragung zu untersuchen.

Thermoplastische Kunststoffe werden zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften häufig mit Kurzfasern verstärkt, wodurch sich jedoch eine anisotrope Eigenschaftscharakteristik einstellt. Dies führt oftmals zu ungewohntem Werkstoff- und Bauteilverhalten. Die Fertigungsparameter und -randbedingungen im Spritzgießprozess besitzen einen großen Einfluss auf lokale Faserorientierungen, wovon auch die globalen Bauteileigenschaften abhängen. Für eine werkstoffgerechte Auslegung von derartigen Bauteilen sind tiefgreifende Verständnisse über die mechanischen, thermischen und rheologischen Eigenschaften sowie die Kopplung von Spritzgieß- und Bauteilsimulation unerlässlich. Diese sogenannte integrative Simulation wird am Beispiel eines Strukturbauteiles aufgezeigt.

Durch die Verwendung eines hochgefüllten Compounds aus Haferspelzen in einer Matrix aus Kunststoff ist es möglich tribologisch hochbelastbare Führungs- und Stützelemente für Zug- und Tragmittel im Anwendungsfeld der Fördertechnik aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Die Werkstoffe weisen in Bereichen höherer tribologischer Belastungsintensitäten gegen die getesteten Reibpartner Vorteile hinsichtlich Reibwert und Verschleiß auf. Es werden Ergebnisse bezüglich der Verarbeitung der Spelzen bzw. des Compounds sowie mechanische und tribologische Untersuchungen dargestellt.

The following paper will illustrate the development of a multiflex chain in hybrid construction. The aim of this novel chain variant is to improve the stiffness and strength in comparison to conventional plastic slide chains. A two part multiflex chain with a chain pitch of 33.5 mm and a structural width of 83 mm was used as the basis for the development of the hybrid multiflex chain. The hybrid multiflex chain is supposed to be integrated in already existing layouts of chain conveyors. The load bearing structure of the single chain links is manufactured in the metal die cast procedure while taking the constructive, production related, and operational aspects into consideration and subsequently covered in the injection molding process with plastics commonly used for multiflex chains. The evaluation of the improved stiffness and strength takes place in the course of extensive test series. / In der folgenden Abhandlung wird die Entwicklung einer Multiflex-Kette in Hybridbauweise erläutert. Mit dieser neuartigen Kettenvariante soll eine Steifigkeits- und Festigkeitssteigerung gegenüber den konventionellen Kunststoffgleitketten erzielt werden. Als Ausgangsbasis für die Entwicklung der hybriden Förderkette dient eine zweiteilig ausgeführte Multiflex-Kette mit der Teilung von 33,5 mm und einer Baubreite von 83 mm. Die hybride Förderkette soll in bestehende Layouts von Kettenförderern integriert werden können. Unter Beachtung konstruktiver, fertigungstechnischer und betrieblicher Aspekte wird die lasttragende Struktur der einzelnen Kettenglieder im Metalldruckgussprozess gefertigt und anschließend mit einem, für Multiflex-Ketten üblichen Kunststoff im Spritzgießprozess ummantelt. Die Evaluierung der Steifigkeits- bzw. Festigkeitssteigerung erfolgt im Rahmen umfangreicher Versuchsreihen.

Nowadays, polymer-metal hybrids are covering a broad range of advanced applications, especially in the automotive or aerospace industries where high performance and lightweight components are highly demanded. Hybrid parts may offer additional functionality regarding strength, durability, impact and wear resistance without sacrificing size or weight of the full component. However, there are still challenges regarding improving the adhesion between dissimilar materials such as metals to polymers and its composites. There is a lack of research about the influence of a post heat treatment on adhesion and durability in polymer-metal hybrids manufactured through an overmolding processing chain. There is also a need for using adhesive promoters that may offer simultaneous corrosion protection to metallic substrates in order to extend the lifecycle of the part when subjected to diverse harsh environments. In this work, two organic coatings used as adhesive promoters on steel substrates were investigated: the first one is a polyester-based powder-coat adhesive developed in the Leibniz-Institute in Dresden. The second one is a high performance anti-corrosive electrophoretic paint that has never been reported in the literature as an intermediate adhesive layer in a thermoplastic-polyurethane (TPU) overmolding processing chain. A TPU was overmolded on both pre-coated steel substrates, and the adhesion of the polymer to the metal substrate was investigated after a heat treatment (annealing), and a subsequent hygrothermal aging at different temperature-humidity conditions. The influence of the annealing process on the adhesion and durability of the multilayered specimen was investigated in depth; similarly, failure modes and lifetimes were evaluated after the hygrothermal aging. Lifetime predictions calculated from kinetic parameters for solid decomposition -obtained from thermogravimetric analysis- were validated experimentally with polyurethane-steel hybrids commonly used as district heat pipes. Adhesion of TPU on the steel substrate using both organic coatings as adhesive promoters was successful due to the contribution of new physical-chemical and mechanical interactions at the polymer-coating interface, especially after annealing at 100 °C for 20 h. Additionally, heat treated hybrids exhibited a much better performance because of the apparent increased in the anchoring density at the polymer-metal interfaces. It is conclusive that progressive failure of the multilayered specimen is strongly dependent on water diffusion rather than thermolysis of any of the components, as it was detected by FTIR, and observed in the micrographs on the artificially-aged hybrid surfaces. Finally, accelerated aging was used to correlate lifetime predictions throughout the analysis of the kinetics of degradation using TGA experiments and mechanical tests. The calculated values of the activation energy evidence that durability of the polyurethane-based polymers is affected by temperature and humidity at the conditions described in this work. Lifecycle is directly related to kinetic parameters, and especially to the activation energy, EA. This kinetic parameter for pre-aged specimens, and particularly for those subjected to higher temperature conditions, were lower when compared to the fresh polymer; as it was demonstrated that TGA analysis is a primary tool to predict lifetime for thermoplastic and thermosetting polyurethanes.

In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von Prozessparametern auf die Schaumstruktur von, im Spritzgussverfahren hergestellten, Phenolharzformteilen untersucht. Der Fokus der Arbeit liegt dabei auf der gezielten Herstellung von Integralschäumen mit einer kompakten Randschicht und einem geschäumten Kern. Ausgangsbasis für die Versuchsreihen ist ein rieselförmiges Phenolharzgranulat, welches bereits während des Herstellungsprozesses mit chemischem Treibmittel vermischt wurde. Es werden plattenförmige Probeköper nach dem Hochdruckschaumverfahren hergestellt und die Schaumstruktur mit Hilfe von Schliffbildern unter dem Mikroskop analysiert und ausgewertet. Zusätzlich wird das Reaktionsverhalten des verwendeten Phenolharzes, wie auch des eingesetzten Treibmittels über thermische und rheologische Verfahren vermessen und über reaktionskinetische Modellgleichungen abgebildet. Durch Gegenüberstellung des Reaktionsverhaltens von Treibmittel und Phenolharz können Rückschlüsse auf die Dicke der Randschicht der Integralschäume gezogen werden. Die Erkenntnisse werde in einem reaktionskinetischen Modell zusammengefasst und genutzt, um optimale Prozessparameter für die Verarbeitung der Formmasse aufzuzeigen.:1 Einleitung 2 Grundlagen 3 Experimentelles 4 Ergebnisse 5 Reaktionskinetische Modellierung der Umsatzreaktionen 6 Modell-Anwendung 7 Diskussion 8 Zusammenfassung