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Beitrag zur Charakterisierung naturfaserverstärkter Verbundwerkstoffe mit hochpolymerer MatrixLampke, Thomas 23 October 2001 (has links)
Die Zielstellung dieser Dissertation besteht darin, einen Beitrag zur
Charakterisierung sowohl der Ausgangsmaterialien (Naturfasern, Polymere)
als auch ihrer Verbundeigenschaften zu leisten. Morphologische
Unterschiede der Fasern, im wesentlichen bedingt durch Erntezeitpunkt,
Röstdauer und Verarbeitungsbedingungen, haben Einfluss auf die
mechanischen Kennwerte als auch auf das Faser/Matrix-Interface des
Verbundwerkstoffs. Durch unterschiedliche Verfahren (Thermoanalyse,
Ubbelohde-Viskosimetrie, NMR-Spektroskopie, Einzelfaserzugversuch) werden
sowohl das Degradationsverhalten als auch die Prozessgrenzen bestimmt.
Zur Einschätzung des Grenzflächenzustands werden oberflächensensitive
Verfahren (BET-Verfahren, Zeta-Potentialbestimmung, IR-Spektroskopie,
Rasterelektronen-mikroskopie) angewendet. Die Charakterisierung der durch
Compoundieren und Spritzgießen, bzw. durch Konsolidieren von
Hybridvliesen hergestellten Verbunde erfolgt mittels quasi-statischer
bzw. dynamisch-mechanischer Methoden (DMA). Fraktographische
rasterelektronenmikroskopische und IR-spektroskopische Untersuchungen
belegen die Veränderung des Interfaces durch geeignete Faserbehandlung,
Prozessparameter und Haftvermittlung. Die vorliegende Arbeit weist die
effektive Verstärkungswirkung der Naturfasern Flachs bzw. Hanf in
hochpolymeren Matrices zuverlässig nach. / The objectives of this dissertation are the characterization of the
components (natural fibers, polymers) and the resulting properties of the
composites. Due to differences in fiber morphology, mainly caused by the
date of harvest, retting and fiber separation procedures, the mechanical
properties and the fiber/matrix interface are effected. The degradation
and the limits of the process are characterized by means of thermal
analysis, Ubbelohde viscosimetry, NMR spectroscopy and single fiber
tensile test. Surface sensitive methods (BET measurements, zeta potential
measurements, IR-spectroscopy) were applied to evaluate the fiber/matrix
interface. The composites were first manufactured by compounding and
injection molding as well as by consolidation of hybrid nonwovens and
characterized by means of quasi statical and dynamic-mechanical methods.
The effect of adequate fiber treatements, process parameters and coupling
agents becomes obvious applying fractographic SEM and IR spectroscopic
measurements. The gained results indicate the strengthening effect of
natural fibers like flax and hemp on the performance of high polymers.
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Neue Einsatzpotentiale naturfaserbasierter Materialien in der Konsumgüterproduktion durch die technologische Entwicklung des Ziehverfahrens am Beispiel der VerpackungHauptmann, Marek 20 June 2017 (has links)
Die Produktion verschiedener Arten von Gütern ist im globalen Kontext gesellschaftlicher Entwicklung fortwährend an die Verfügbarkeit von Ressourcen gebunden und durch diese zunehmend begrenzt. In den bis heute entstandenen Wertschöpfungsketten basiert die verlustarme und effiziente Verteilung von Produkten, Zwischenprodukten, Halbzeugen sowie auch Rohstoffen auf den spezifisch auf die jeweiligen Erfordernisse eingestellten Funktionen ihrer Verpackungen. Als Bindeglied in nahezu allen Teilen der Produktion werden die Verpackung und ihre Herstellung innerhalb des mit Abstand größten Teils ihrer Anwendung, den Konsumgüterverpackungen als Beispiel für die Diskussion von Einsatzpotentialen naturfaserbasierter Materialien verwendet. Die Habilitationsschrift stellt die Ausgangssituation in der weltweiten Konsumgüterproduktion und Ressourcenverfügbarkeit dar und ordnet die Position naturfaserbasierter Packmittel in diese ein. Es werden Technologien zur Formgebung naturfaserbasierter Materialien zu Packmitteln zusammenfassend dargestellt. Die Ziehtechnik wird im Speziellen in Form eines Leitfadens in ihren Wirkmechanismen und Prozessvarianten sowie in Bezug auf ihre technische Umsetzung dargestellt. Es werden Beispiele konkreter Anwendungsmöglichkeiten diskutiert.
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Neue Einsatzpotentiale naturfaserbasierter Materialien in der Konsumgüterproduktion durch die technologische Entwicklung des Ziehverfahrens am Beispiel der VerpackungHauptmann, Marek 20 June 2017 (has links)
Die Produktion verschiedener Arten von Gütern ist im globalen Kontext gesellschaftlicher Entwicklung fortwährend an die Verfügbarkeit von Ressourcen gebunden und durch diese zunehmend begrenzt. In den bis heute entstandenen Wertschöpfungsketten basiert die verlustarme und effiziente Verteilung von Produkten, Zwischenprodukten, Halbzeugen sowie auch Rohstoffen auf den spezifisch auf die jeweiligen Erfordernisse eingestellten Funktionen ihrer Verpackungen. Als Bindeglied in nahezu allen Teilen der Produktion werden die Verpackung und ihre Herstellung innerhalb des mit Abstand größten Teils ihrer Anwendung, den Konsumgüterverpackungen als Beispiel für die Diskussion von Einsatzpotentialen naturfaserbasierter Materialien verwendet. Die Habilitationsschrift stellt die Ausgangssituation in der weltweiten Konsumgüterproduktion und Ressourcenverfügbarkeit dar und ordnet die Position naturfaserbasierter Packmittel in diese ein. Es werden Technologien zur Formgebung naturfaserbasierter Materialien zu Packmitteln zusammenfassend dargestellt. Die Ziehtechnik wird im Speziellen in Form eines Leitfadens in ihren Wirkmechanismen und Prozessvarianten sowie in Bezug auf ihre technische Umsetzung dargestellt. Es werden Beispiele konkreter Anwendungsmöglichkeiten diskutiert.
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Technologieentwicklung zur großserientauglichen Herstellung automobiler Interieur-Bauteile in neuartiger SandwichbauweiseMenzel, Christoph 28 October 2020 (has links)
Steigende Leichtbauanforderungen führten in den vergangenen Jahren zu einer verstärkten Weiterentwicklung neuer Leichtbauwerkstoffe und besonders leistungsfähiger Verfahrenstechnik für die Umsetzung leichter Automobilkomponenten in Großserie. Im Fahrzeuginterieur konnten sich naturfaserverstärkte Kunststoffe erfolgreich etablieren, die in Form flächiger Wirrfaserhalbzeuge zu formgepressten Verkleidungselementen verarbeitet werden. Für die Auslegung derartiger Verkleidungsbauteile ist eine monolithische Leichtbauweise charakteristisch, bei der zur Gewährleistung erforderlicher mechanischer Eigenschaften die minimalen Halbzeugflächenmassen bauteilabhängig im Bereich 1200–1400 g/m2 liegen. Zur Erschließung weiterer Leichtbaupotenziale stellt die Anwendung der Sandwichverbundbauweise eine aussichtsreiche Leichtbaustrategie dar, die aufgrund des Fehlens anforderungsgerechter Materialkonzepte bisher kaum Berücksichtigung fand. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines ganzheitlichen Leichtbaukonzepts in neuartiger Sandwichbauweise, welches die Anforderungen hinsichtlich der Formgebung und Bauteilstabilität erfüllt und eine signifikante Reduktion der Flächenmasse unter 1000 g/m2 gestattet. Die verfahrenstechnische Grundlage bildet eine neuartige durchgängige Prozesskette, wobei leichte Naturfaser-Polypropylen-Hybridvliesstoffe in Kombination mit einer Kunststoffschaumfolie in einem kontinuierlichen Prozess zu einem Sandwichhalbzeug und anschließend in automatisiertem Formpressverfahren zu einem komplex geformten Bauteil verarbeitet werden. Durch eine umfangreiche Charakterisierung der einzelnen Prozessschritte entlang der gesamten Prozesskette werden in zugehörigen Sensitivitätsanalysen optimale Fertigungsparameter ermittelt und bei der Herstellung eines Technologiedemonstrators validiert. Darüber hinaus wird am Beispiel dieses Technologiedemonstrators erstmalig ein integrativer Simulationsansatz erarbeitet, der umformbedingte lokale Änderungen der Flächenmasse und der resultierenden Werkstoffkennwerte bei der numerischen Steifigkeits- und Festigkeitsanalyse berücksichtigt. Abschließend erfolgt im Sinne einer ganzheitlichen Betrachtung die Beurteilung potenzieller Umweltwirkungen der entwickelten Sandwichverbundtechnologie sowie die Untersuchung einer verfahrenstechnischen Lösung zur stofflichen Wiederverwertung von Produktionsreststoffen und Altbauteilen.:1 Einleitung
2 Problemstellung und Zielsetzung
3 Leichtbau im Fahrzeuginterieur
4 Neues ökologisches Leichtbaukonzept für Interieur-Verkleidungselemente
5 Beschreibung der Prüfmethoden
6 Werkstoffmechanische Betrachtung einer Referenzstruktur
7 Halbzeugentwicklung und -optimierung
8 Bauteil- und Verfahrensentwicklung
9 Struktursimulation von neuartigen Mikrosandwich-Bauteilen
10 Vergleichende Ökobilanzierung
11 Stoffliche Wiederverwertungsstrategie für Altbauteile
12 Zusammenfassung / Rising lightweight requirements have led in recent years to an intensified development of new lightweight materials and high-performance processing technologies for the implementation of lightweight automotive components in a large scale production. For trim parts in the automotive interior, natural fiber-reinforced plastics in the form of nonwovens, are successfully established. To fullfill the mechanical requirements, the most common design of such parts is monolithical with an component specific area weight of the semi-finished products between 1200–1400 g/m2. A promising strategy for generating further lightweight potentials are sandwich constructions, which are currently rarely used in the automotive interior, due to the lack of suitable material concepts. The aim of this work is the development of a new sandwich-based lightweight concept, that fullfills the requirements in terms of formability and component stability, by permitting a weight reduction of the semi-finished product below 1000 g/m 2 at the same time. The part production is based on a novel process chain, where light NF-PP hybrid nonwovens are continuously processed with a polymeric foam foil to a semi-finished product, that is formed afterwards to complex parts in a compression molding process. The optimal processing parameters along the entire process chain are determined by sensitivity analyses, and validated by a technology demonstrator. In addition, the technology demonstrator will be used for the development of a novel simulation approach, where local changes of the area weight in the forming process and the resulting material properties are taken into account for a numerical analysis of stiffness and strength. Finally the potential environmental impact of the new sandwich-based lightweight technology and a possible method for material recycling are investigated.:1 Einleitung
2 Problemstellung und Zielsetzung
3 Leichtbau im Fahrzeuginterieur
4 Neues ökologisches Leichtbaukonzept für Interieur-Verkleidungselemente
5 Beschreibung der Prüfmethoden
6 Werkstoffmechanische Betrachtung einer Referenzstruktur
7 Halbzeugentwicklung und -optimierung
8 Bauteil- und Verfahrensentwicklung
9 Struktursimulation von neuartigen Mikrosandwich-Bauteilen
10 Vergleichende Ökobilanzierung
11 Stoffliche Wiederverwertungsstrategie für Altbauteile
12 Zusammenfassung
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