Os compósitos termoplásticos de alto desempenho vêm despertando grande interesse dos fabricantes aeronáuticos por apresentarem algumas vantagens importantes em relação aos tradicionais compósitos termorrígidos, como por exemplo: melhor resistência ao impacto; maior tolerância ao dano; baixa flamabilidade; possibilidades de reprocessamento; não necessitam da utilização de auto-claves para o seu processamento e acondicionamento térmico em baixas temperaturas do pré-impregnado (-18C), pois são armazenados a temperatura ambiente e possuem vida indeterminada de armazenamento (shelf-life). O custo de desenvolvimento de técnicas de processamento e, principalmente, de certificação dos compósitos termoplásticos para uso em estruturas de responsabilidade estrutural primária, tem inibido no presente momento a maior aplicação destes materiais na indústria aeroespacial. O aprimoramento das técnicas atuais e aplicação de novas técnicas de processamento desenvolverão um papel fundamental para ultrapassagem destas barreiras atualmente impostas aos materiais termoplásticos de alto desempenho. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é estudar o processamento por moldagem por compressão a quente de um compósito termoplástico baseado em pré-impregnado de PEEK / fibra de carbono e sua caracterização pelas técnicas: calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), microscopia óptica de luz polarizada (MOLP) e resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS). Baseado nos resultados obtidos com as técnicas de DSC, TGA e MOLP foi determinado que a faixa de temperatura mais adequada para o processamento do PEEK encontra-se entre 380C e 440C, a partir do tecido préimpregnado TowFlex CPEEK-101. Por DMTA foi obtida a temperatura máxima de 115C para uso destes compósitos submetidos a cargas estruturais intermitentes. Para o mesmo processo de fabricação e tecido pré-impregnado, utilizando-se pressão de moldagem de 10 MPa, com 16 camadas de tecido, resultou em laminados com valores médios de ILSS de 19,4 MPa, enquanto que usando pressão de moldagem de 5MPa, com 12 camadas de tecido, os valores médios obtidos de ILSS foram de 14,7MPa. / The high performance thermoplastic composites have attracted great interest from aerospace manufacturers for presenting some important advantages over traditional thermoset composites, for example, better impact resistance, greater damage tolerance, low flammability, possibilities reprocessing do not require the use of autoclaves for processing and packing heat at low temperatures of the prepreg (-18 C) as they are stored at room temperature and indefinite storage life (shelf life). The cost of developing processing techniques and especially the certification of thermoplastic composite structures for use in primary structural responsibility, has inhibited at present the largest application of these materials in the aerospace industry. The improvement of current techniques and novel processing techniques to develop a fundamental role exceeded those barriers currently imposed on highperformance thermoplastic materials, requiring greater efforts in research of these solutions. In this context, the objective of this study is the processing by hot compression molding of a thermoplastic-based composite prepreg of PEEK / carbon fiber and its characterization by techniques: differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA ), dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), polarized light microscopy (MOLP), heat shock (in progress) and shear strength (ILSS). Based on the results obtained with the techniques of DSC, TGA and MOLP was determined that the temperature range suitable for processing of PEEK is between 380 C and 440 C, from the fabric prepreg TowFlex CPEEK-101. By DMTA was obtained by the maximum temperature of 115 degrees to use these composites subjected to intermittent structural loads. For the same manufacturing process and fabric prepreg using molding pressure of 10 MPa, with 16 layers of fabric, resulting in laminates with average values of ILSS of 19.4 MPa, while using pressure molding 5MPa with 12 layers of tissue, average values of ILSS of 14.7 MPa.

In der Verpackungsindustrie werden Becher und Schalen u.a. mittels Druckluftformautomaten aus Folienbahnen geformt. Die Kiefel GmbH ist Hersteller solcher Anlagen zum Umformen aus Kunststoffhalbzeugen mittels Warmumformprozessen. Die Herausforderung an die Bewegungstechnik besteht bei diesem Prozess darin, die Taktzeiten möglichst gering zu halten und somit die Produktionsrate zu erhöhen. In der KTR Baureihe der Kiefel GmbH wird die Werkzeugbewegung hauptsächlich über zwei Komponenten bestimmt. Die Geometrie der Bewegungsbahn wird über Kurvenscheiben vorgeschrieben. Der zeitliche Verlauf der Bahn wird über die Drehgeschwindigkeit der Kurvenscheiben mittels eines Servoantriebes variiert. Auch wenn die Kombination von Kurvenscheibe und Servoantrieb verschiedene Vorteile bietet, ist die optimale Synthese beider Komponenten noch unzureichend erforscht. Innerhalb einer Kooperation vom Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik (IGMR) der RWTH Aachen University und der Kiefel GmbH wurde das Potential von servogesteuerten Kurvengetrieben für die Flexibilisierung des Tiefziehprozesses untersucht. Dabei sind neue Ansätze zur Auslegung des Gesamtsystems entstanden. Ergebnisse dieser Untersuchung werden innerhalb dieser Veröffentlichung dargestellt. Dabei wird zuerst auf den Thermoformprozess eingegangen, bevor das generelle Potential servogesteuerter Kurvengetriebe beschrieben wird. Anschließend wird ein kleiner Einblick in den gemeinsam entwickelten Auslegungsprozess gegeben. [... aus der Einleitung]

This diploma thesis is about designing vacuum pressing device for plastics as an important method of manufacturing semi-finished plastic products. In introduction part of this thesis there is described a process of this method, the application field among the another plastics processing technologies, basic information about using semi-finished products and moulding forms. There are three versions of solution. After the estimation of this versions there is a decision about a final form vacuum pressing device. One’s own design work contains a project of a device like this with the help of Autodesk Inventor CAD system. In the end of the work, there is financial balance-sheet too.

In the business of packaging engineering, a large consumption of time is placed on evaluating new materials to provide cost savings to a company. This evaluation is made by using test methods such as those found in ASTM D4169-16, which helps to simulate shipping and distribution conditions. A key problem is that this test method can take up to multiple months, and sometimes years to complete. The apparatus created in this study allows for a comparison to be made between currently used films and prospective films in approximately ten hours. This allows for a prescreening of new films to be done before completing full ASTM shipment and distribution testing.This study focuses on coextruded multilayer polymer films and the damage brought upon them in forms of puncture and abrasion through shipment and distribution.

Ces travaux constituent une étude approfondie se focalisant sur l'évolution des propriétés viscoélastique et électrique de composites à matrices thermoplastiques faiblement chargés en nanotubes de carbone. Un ajout suffisant de particules conductrices électriques entraine la formation d'un réseau percolant rendant le matériau conducteur électrique. Lors de l'écoulement du composite, la structure du réseau va fortement évoluer changeant ainsi les propriétés macroscopiques. Par exemple, le thermoformage d'une feuille de composite ayant initialement de bonnes propriétés électriques peut générer une pièce isolante.La majeure partie des études référencées dans la littérature se restreignent à l'analyse rhéologique de ces matériaux dans le domaine linéaire. C'est pourquoi, nous avons mis en place une toute nouvelle expérience. Celle-ci permet de mesurer simultanément la conductivité électrique d'une éprouvette lorsqu'elle est déformée en élongation à l'état fondu. Nous avons ainsi pu mettre évidence le lien étroit entre les variations de conductivité électrique avec la dynamique moléculaire du polymère et la vitesse de déformation. Il est désormais possible de décrire les variations de conductivité par le biais du nombre de Weissenberg, produit du temps de relaxation de la matrice et de la vitesse de déformation. De plus, nous avons montré qu'il était possible de réduire la concentration massique de NTC par ajout de nodules de polybutadiène sans impacter les conditions de mise en forme. Enfin, nous proposons un modèle qui permet de décrire les évolutions de conductivité électrique de composites subissant des déformations à l'état fondu, et ce, pour une gamme très large de conditions expérimentales / In this work we present a complete study of the electrical conductivity evolution of molten nano-composites under extensional deformation. The conductive polymer composites are a pure Polystyrene matrix filled with Carbon Nanotubes. The conductivity properties of the composites rely on the formation of a percolated network through the material. When the composite flows, the filler network can be disrupted, altering the conductivity of the composite. Thus, after a small deformation a moderately conductive composite can turn into an insulating material. From an applied viewpoint, for instance, the thermoforming of a composite sheet with good electrical properties can lead to an insulating finished part. In the literature, the studies mainly focus on the conductivity variation of molten composites under small shear deformation at low shear rates.This study aims at analyzing the microstructure evolution when the molten composite undergoes large deformation and especially in elongation. That is why we developed a new experiment that gives the possibility to monitor the specimen conductivity during its extensional deformation all the while recording the elongation stress. On the one hand, we highlighted a close relationship between the extensional conditions that are the specimen temperature and the extensional rate with the conductivity variation. Indeed, the conductivity variations can be described by means of the Weissenberg number that takes into account the polymer dynamics and the extensional rate. On the other hand, we have shown that the volume confinement of the filler, here achieved by the presence of polybutadiene nodules, gives the possibility to decrease the filler amount without impacting the process-ability of the composites. Finally, we propose a model that describes the conductivity evolution of CPC under extensional and planar flow. It links the structural evolution of the filler network to the macroscopic properties of the composite

In der Verpackungsindustrie werden Becher und Schalen u.a. mittels Druckluftformautomaten aus Folienbahnen geformt. Die Kiefel GmbH ist Hersteller solcher Anlagen zum Umformen aus Kunststoffhalbzeugen mittels Warmumformprozessen. Die Herausforderung an die Bewegungstechnik besteht bei diesem Prozess darin, die Taktzeiten möglichst gering zu halten und somit die Produktionsrate zu erhöhen. In der KTR Baureihe der Kiefel GmbH wird die Werkzeugbewegung hauptsächlich über zwei Komponenten bestimmt. Die Geometrie der Bewegungsbahn wird über Kurvenscheiben vorgeschrieben. Der zeitliche Verlauf der Bahn wird über die Drehgeschwindigkeit der Kurvenscheiben mittels eines Servoantriebes variiert. Auch wenn die Kombination von Kurvenscheibe und Servoantrieb verschiedene Vorteile bietet, ist die optimale Synthese beider Komponenten noch unzureichend erforscht. Innerhalb einer Kooperation vom Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik (IGMR) der RWTH Aachen University und der Kiefel GmbH wurde das Potential von servogesteuerten Kurvengetrieben für die Flexibilisierung des Tiefziehprozesses untersucht. Dabei sind neue Ansätze zur Auslegung des Gesamtsystems entstanden. Ergebnisse dieser Untersuchung werden innerhalb dieser Veröffentlichung dargestellt. Dabei wird zuerst auf den Thermoformprozess eingegangen, bevor das generelle Potential servogesteuerter Kurvengetriebe beschrieben wird. Anschließend wird ein kleiner Einblick in den gemeinsam entwickelten Auslegungsprozess gegeben. [... aus der Einleitung]

Das Thermoformen, umgangssprachlich auch als Tiefziehen bezeichnet, stellt neben dem Spritzguss ein zentrales Verfahren zur Herstellung formstabiler Verpackungen aus Folien dar. Vorrangig werden Produkte des alltäglichen Bedarfs wie Verpackungen für Lebensmittel, Pharmazeutika oder technische Produkte hergestellt. Aber auch technische Bauteile wie z.B. Gehäuse von Elektrogeräten, Verkleidungsteile von Fahrzeugen oder zunehmend auch Komponenten für die Biotechnologie, bspw. Gehäuse oder permeable Membranen. Allein die weltweite Nachfrage nach formstabilen Kunststoffverpackungen lag im Jahr 2010 bei einem Marktvolumen von 144 Mrd. $. Bei einer jährlichen Wachstumsrate von durchschnittlich 6% wird erwartet, dass die Nachfrage bis zum Jahr 2016 auf bis zu 200 Mrd. US$ ansteigt (Aranca 2012). In Europa werden jährlich ca. 12 Mrd. thermogeformte Verpackungen hergestellt. Der Anteil thermogeformter Produktverpackungen lag dabei im Jahr 2011 bei ca. 10%. Durch die weltweit steigende Nachfrage nach Kunststoffverpackungen, insbesondere aber durch die ökonomisch vorteilhaften Eigenschaften des Thermoformprozesses gegenüber anderen Herstellungsverfahren der Kunststoffverarbeitung, wird erwartet, dass der Anteil thermogeformter Produktverpackungen bis zum Jahr 2019 auf ein Marktvolumen von 17 Mrd. $ anwächst (ReportsnReports 2012 & ReportLinker 2014). [... aus der Einleitung]

The subject of this work is the proposal of a technological process to create a train car bumper using volume thermoforming. The S235JR (11375) steel has been chosen as the main material. The work contains technological calculations, blueprint documentation of the mold, of the tool and a proposal of the set of machines for the production line. The capacity of such production line has been calculated to be 12460 pieces per year. Economical-technological evaluation of the production is also included.

In an attempt to improve the quality in finite element analysis of thermoformed components, a method for predicting the thickness distribution is presented. The strain induced anisotropic material behaviour in the amorphous polymers of concern is also taken into account in the method. The method comprises of obtaining raw material data from experiments, followed by a simulation of the vacuum thermoforming process where hyperelastic material behaviour is assumed. The theory of hyperelasticity that was applied was based on the Ogden model and implemented in the FE-software LS-DYNA. Material behaviour from thermoformed prototypes is examined by experiments and implemented together with the mapped results from the thermoforming simulation in a succeeding FE-model. For the latter, the three-parameter Barlat model was suggested, giving the possibility to account for anisotropic material behaviour based on an initial plastic strain.

Karton ist ein aus nachwachsenden Rohstoffen hergestelltes Halbzeug, biologisch abbaubar und mit sehr guter Wiederverwertbarkeit. Damit stellt Karton eine zukunftsträchtige Grundlage für die Herstellung von Verpackungen für die Lebensmittel- und Konsumgüterproduktion dar. Schon heute werden in vielen Verpackungslösungen Kunststoffe durch naturfaserbasierte Halbzeuge ersetzt, um von den genannten Vorteilen zu profitieren. Um die Verbreitung dieses Naturstoffes weiter zu unterstützen, werden intelligente und effektive Herstellungsverfahren benötigt, die eine Massenfertigung von Packmitteln in hoher Qualität ermöglichen. [... aus der Einleitung]