In der vorliegenden Arbeit werden Zwillingsmonomere, die eine Aminogruppe über eine Alkylkette kovalent am Siliziumatom gebunden tragen, synthetisiert, organisch/anorganischen Hybridmaterialien aus diesen Monomeren hergestellt und in der Herstellung von Metall/Kunststoff-Verbunde angewendet. Über Reaktionen der Aminogruppe mit Benzaldehyden und cyclischen Carbonsäureanhydriden am Zwillingsmonomer 2-(3-Amino-n-propyl)-2-methyl-4H-1,3,2-benzodioxasilin können weitere funktionale Zwillingsmonomere synthetisiert werden. Bei der Herstellung von Hybridmaterialien liegt der Fokus auf der simultanen Zwillingspolymerisation der funktionellen Monomere mit dem Monomer 2,2’-Spirobi[4H-1,3,2-benzodioxasilin]. Die erhaltenen Materialien werden mittels spektroskopischer und thermischer Verfahren untersucht. Die Zugänglichkeit der Aminogruppe in den Hybridmaterialien wird mittels Modellreaktionen untersucht. Die Zwillingsmonomere werden zudem auf verschiedene Metallsubstrate aufgebracht, polymerisiert und anschließend hinsichtlich der Oberflächenrauheit, Abriebfestigkeit und Oberflächenpolarität untersucht. Die in der Beschichtung integrierte Aminogruppe kann zur kovalenten Anbindung eines Maleinsäureanhydrid-Copolymers genutzt werden. Bei der Herstellung von Metall/Kunststoff-Verbunden werden Press- und Spritzgießverfahren genutzt. Hier können die funktionellen Zwillingsmonomere erfolgreich als Haftvermittler eingesetzt und auf verschiedene Metall/Thermoplast-Kombinationen angewendet werden.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Einleitung und Motivation 1.2 Zielsetzung 2 Kenntnisstand 2.1 Leichtbau, Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde 2.1.1 Metall/Kunststoff-Hybridbauteile 2.1.2 Haftungsmechanismen 2.1.3 Methoden zur Vorbehandlung einer Metalloberfläche für die Herstellung von Metall/Kunststoff-Verbunde 2.1.4 Prüfmethoden 2.2 Organisch/anorganische Hybridmaterialien 2.2.1 Klassifizierung von Kompositen und Hybridmaterialien 2.2.2 Synthesestrategien 2.2.3 Zwillingspolymerisation 3 Ergebnisse und Diskussion 3.1 Amino-funktionalisierte Zwillingsmonomere 3.1.1 Synthese von amino-funktionalisierten Zwillingsmonomeren 3.1.2 Synthese von amino-funktionalisierten organisch/anorganischen Hybridmaterialien 3.1.3 Charakterisierung der organisch/anorganischen Hybridmaterialien 3.1.4 Zugänglichkeit der funktionellen Gruppe der organisch/anorganischen Hybridmaterialien 3.1.5 Trifunktionelles Zwillingsmonomer 3.2 Derivatisierung der amino-funktionalisierten ZM 3.2.1 Bildung einer Amidbindung 3.2.2 Bildung eines Azomethins 3.3 Verwendung der (simultaner) Zwillingspolymerisation zur Gestaltung von Oberflächen 3.3.1 Beschichtung unterschiedlicher Metallsubstrate 3.3.2 Mikroverschleiß 3.3.3 Optimierung des Beschichtungsvorgangs zur Generierung dünner Schichten . 3.3.4 Funktionalisierung mit Maleinsäureanhydrid-(MSA)-Copolymer 3.4 Herstellung von Metall/Kunststoff-Verbunde 3.4.1 Herstellung im Pressverfahren 3.4.2 Herstellung im Spritzgießprozess 3.4.3 Allgemeine Betrachtungen zur Verbundfestigkeit 4 Zusammenfassung und Ausblick 4.1 Zusammenfassung 4.2 Ausblick 5 Experimenteller Teil 5.1 Geräte und Chemikalien 5.2 Synthese 5.2.1 2,2’-Spirobi[4H-1,3,2-benzodioxasilin] (1) 5.2.2 Synthese von amino-funktionalisierten Zwillingsmonomeren 5.2.3 Derivatisierung von 2-(3-Amino-n-propyl)-2-methyl-4H-1,3,2-benzodioxasilin (2) 5.3 Organisch/anorganische Hybridmaterialien 5.3.1 Synthese organisch/anorganische Hybridmaterialien 5.3.2 Extraktion der Hybridmaterialien 5.3.3 Umsetzung der Hybridmaterialien mit Aldehyden 5.3.4 Umsetzung der Hybridmaterialien mit tert-Butylglycidylether (t-BGE) 5.3.5 Umsetzung der Hybridmaterialien mit Methyliodid 5.4 Herstellung von Schichten mittels Zwillingspolymerisation 5.4.1 Materialien 5.4.2 Beschichtungsvorgang 5.4.3 Funktionalisierung mit MSA-Copolymer 5.4.4 Mikro-Ritzprüfung 5.4.5 Bestimmung der Schichtdicke mittels Rasterkraftmikroskopie 5.5 Herstellung von Metall/Kunstsoff-Verbunde 5.5.1 Verwendete Materialien 5.5.2 Herstellung im Pressverfahren 5.5.3 Herstellung im Spritzgießprozess 5.5.4 Prüfung 6 Anhang 6.1 Zusammensetzung Hybridmaterialien 6.2 TG-MS-Analyse der Verbindungen 1, 2, 9, 10 und 11 6.3 Thermisches Verhalten – Beobachtung DSC 6.4 1H-13C-Korrelationsspektren (gs-HSQC) ausgewählter Extrakte 6.5 XPS-Analyse der Hybridmaterialien 6.6 Betrachtungen zum Reaktionsfortschritt bei der Herstellung von Hybridmaterialien 6.7 Bestimmung der Schichtdicke mittels Rasterkraftmikroskopie - Beispiel 6.8 Bruchbilder Literaturverzeichnis Danksagung Selbstständigkeitserklärung Lebenslauf Publikationen und Posterpräsentationen

Im theoretischen Teil der Arbeit wird zunächst ein Überblick über die innere Struktur amorpher Spritzgußteile und die Theorie des freien Volumens gegeben. Es wird auf die Abhängigkeit der Relaxationszeiten von dem im Werkstoff vorhandenen Leerstellenvolumen (freien Volumen) bei Änderung der Temperatur, der Abkühlrate, der Alterungszeit und des Druckes sowie auf das Phänomen der Druckverdichtung eingegangen. Es wird untersucht, welche Bedeutung dem freien Volumen hinsichtlich des Deformationsverhaltens spritzgegossener amorpher Thermoplaste zukommt und inwieweit dessen Effekt bei den für die Praxis interessanten Spritzgußteilen unter Umständen durch andere Einflußgrößen wie Orientierungen und Eigenspannungen überdeckt wird. Betrachtet wird der Einfluß verschiedener Verarbeitungsparameter, der Formteildicke und der physikalischen Alterung (Zeit zwischen Verarbeitung und Prüfung der Spritzgußteile bzw. Tempern unterhalb der Glastemperatur) auf die innere Struktur des Kunststoffes und dessen Auswirkungen auf das resultierende Deformationsverhalten.

Wachsende Anforderungen an die Qualität von Formteilen sowie die Globalisierung der Märkte für Kunststoffprodukte zwingen die kunststoffverarbeitenden Unternehmen, neue moderne Methoden zur Qualitätsverbesserung und zur Kostensenkung einzusetzen. Eine Untersuchung zum Stand der Forschung ergab, dass eine Null-Fehler-Produktion beim Spritzgießen bisher nicht gegeben ist. Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Beitrag zur Qualitätssicherung durch ein prozessnahes Qualitätsmanagement mit dem Ziel, eine kontinuierliche Qualitätsüberwachung und eine Qualitätsregelung für jedes produzierte Formteil zu ermöglichen. Durch den Einsatz von statistischen Versuchsplänen werden die Herstellungsbedingungen beim Spritzgießen optimiert und Modelle zur Einstellung der Maschine sowie zur Überwachung der Qualitätseigenschaften gebildet. Aufbauend auf diesen Modellen wird ein adaptives Regelungssystem entworfen, um Qualitätsabweichungen zu verhindern.

In der Arbeit werden die Möglichkeiten der Abschirmung elektromagnetischer Wellen durch spritzgegossene Kunststoffgehäuse aus stahlfasergefüllten Thermoplasten untersucht. Beginnend mit einer Erläuterung der Abschirmprinzipien, werden die verschiedenen Verfahren zur Schirmdämpfung erläutert und ein Überblick der elektrisch leitfähigen Kunststoffcompounds gegeben. Weiterhin werden Verfahren zur Messung der Schirmdämpfung und Leitfähigkeit vorgestellt. Der experimentelle Teil befasst sich mit der Charakterisierung der Materialeigenschaften. Es wird der Einfluss von Faserfüllgrad und -länge experimentell untersucht und mit Modellansätzen zur Beschreibung der Schirmdämpfung und Leitfähigkeit verglichen. Die Untersuchung des Verarbeitungsverhaltens beim Spritzgießen beinhaltet die Beschreibung des rheologischen Verhaltens stahlfasergefüllter Thermoplaste sowie die Auswirkungen der Prozessbedingungen und der Bindenahtbildung auf die Schirmwirkung. Ausführungen zum konstruktiven Einfluss auf die Schirmdämpfung unter Betrachtung der Gestaltungsmöglichkeiten der Gehäuseverbindung und möglicher Aperturen schließen die Arbeiten ab.

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Darmstadt.

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 theoretischen Teil der Arbeit wird zunächst ein Überblick über die Grundlagen der Formfüllsimulation beim Spritzgießen thermoplastischer Kunststoffe gegeben. Es wird auf den wesentlichen Unterschied zwischen den 2,5D- und 3D-Modellen eingegangen. Anschließend wird der Formfüllvorgang mit dem Strömungsberechnungsprogramm FIDAP modelliert. Die Analyse konzentriert sich auf die Strömungssituation in den Fließfront- und Bindenahtbereichen. Die Ergebnisse der Simulation werden mit geeigneten Experimenten überprüft. Die neuen Erkenntnisse der Strömungsberechnungen sollen einen Beitrag zur Aufklärung relevanter Phänomene im Zusammenhang mit den Erscheinungen und Festigkeiten von Bindenähten leisten.

Aufbauend auf den Grundlagen der Standard- und Mehrkunststoffspritzgießtechnik sowie der verarbeitungsinduzierten Grenzflächen (Bindenaht, Zwei-K-Grenzflächen) erfolgt eine detaillierte experimentelle Analyse von wichtigen Einflussfaktoren. Dabei werden Material- und Prozessparameter variiert und deren Auswirkungen auf die resultierende Verbundfestigkeit untersucht. Es wird auf das komplexe Zusammenspiel der Formänderungen und dadurch veränderter Wärmetransportbedingungen eingegangen. Im theoretischen Teil der Arbeit werden die experimentellen Erkenntnisse zur Festlegung der Anfangs- und Randbedingungen eines zweidimensionalen Berechnungsmodells angewandt, so dass die für eine Grenzfläche relevanten Abkühl- und Temperaturausgleichsabläufe nachgebildet werden können. Schwerpunkt ist dabei die Anpassung der lokal unterschiedlichen Wärmeübergangsbedingungen hinsichtlich der einzelnen Prozessphasen. Im Ergebnis der Analyse der Einflussgrößen konnte ein Beitrag zur Optimierung der Prozessführung und somit der Verbundfestigkeit erbracht werden.

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.

Wood Plastic Composites (WPC) bilden eine inzwischen beträchtlich wachsende Produktgruppe der Naturfaserverbundwerkstoffe. Diese kombinieren vorteilhafte anwendungstechnische Eigenschaften mit vergleichsweise kostengünstiger Verfügbarkeit. Derzeit sucht die europäische WPC-Industrie intensiv nach neuen Anwendungsbereichen, die für diese Werkstoffgruppe geeignet sind. Anwendungen von Spritzgießteilen aus WPC, z.B. in der Automobil- oder Möbelindustrie, könnten die jährliche Produktion enorm erhöhen. Hierfür müssten jedoch auch die Eigenschaften die hohen Erwartungskriterien erfüllen.Eine Vielzahl vorgängiger Arbeiten zeigt starke Abhängigkeit der Eigenschaften der WPC von der Art und der Morphologie der Holzfaser, der Kunststoffmatrix, dem Zuschlag von Additiven und der Folge daraus von den Verarbeitungsparameter. Das Ziel der vorliegenden Arbeit liegt in der Suche nach Zusammenhängen zwischen der systematischen Rezepturvariation, den Eigenschaften des Verbundes und der Verarbeitungsgüte beim Compoundieren und Spritzgießen von WPC. Die Fließeigenschaften werden in Abhängigkeit definierter Rezepturparameter quantitativ erfasst. Systematische Rezepturvariationen zur Wasseraufnahme und zum Einfluss von Additiv-Wachsen werden ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit analysiert. Nicht zuletzt werde untersucht, wie verschiedene Verarbeitungstechnologien (Direktextrusion, Extrusion aus fertigen Compounds und Spritzgießen) die Eigenschaften von WPC mit vergleichbarer Zusammensetzung beeinflussen.