Die vorliegende Arbeit untersucht die triboelektrische Aufladung von Kunststoffen in der Wirbelschicht, wobei die Aufladung der einzelnen Kunststoffe im Mittelpunkt steht. Parallel dazu erfolgt die Charakterisierung der Kunststoffoberfläche, u.a. hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, der Lewis-Säure/Base-Eigenschaften und ihres spezifischen Oberflächenwiderstandes. Ausgehend vom Aufladungsverhalten der einzelnen Kunststoffe werden die Zusammenhänge zwischen der triboelektrischen Aufladung der Kunststoffe und ihren Oberflächeneigenschaften aufgezeigt und daraus auf das Aufladungsverhalten der Komponenten in Zwei- bzw. Mehrkomponenten-Gemischen geschlossen. Das Aufladungsverhalten der einzelnen Kunststoffe sowie das der Komponenten in einem Kunststoffgemisch wird bei geringer relativer Luftfeuchtigkeit durch die Elektronen-Akzeptor/Donator-Eigenschaften der Kunststoffoberfläche bestimmt. Diese können mit den Lewis-Säre/Base-Parametern charakterisiert werden.

Die vorliegende Arbeit untersucht die triboelektrische Aufladung von Kunststoffen in der Wirbelschicht, wobei die Aufladung der einzelnen Kunststoffe im Mittelpunkt steht. Parallel dazu erfolgt die Charakterisierung der Kunststoffoberfläche, u.a. hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, der Lewis-Säure/Base-Eigenschaften und ihres spezifischen Oberflächenwiderstandes. Ausgehend vom Aufladungsverhalten der einzelnen Kunststoffe werden die Zusammenhänge zwischen der triboelektrischen Aufladung der Kunststoffe und ihren Oberflächeneigenschaften aufgezeigt und daraus auf das Aufladungsverhalten der Komponenten in Zwei- bzw. Mehrkomponenten-Gemischen geschlossen. Das Aufladungsverhalten der einzelnen Kunststoffe sowie das der Komponenten in einem Kunststoffgemisch wird bei geringer relativer Luftfeuchtigkeit durch die Elektronen-Akzeptor/Donator-Eigenschaften der Kunststoffoberfläche bestimmt. Diese können mit den Lewis-Säre/Base-Parametern charakterisiert werden.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Charakterisierung der komplexen Belastungssituation beim Tiefziehen mit unmittelbarer Kompression von Karton innerhalb geeigneter Ersatzversuche und deren Validierung mit Hilfe eines empirischen Models. Das Tiefziehen mit unmittelbarer Kompression stellt eine Möglichkeitzur Herstellung von dreidimensionalen Hohlkörpern mit hohem Umformgrad aus naturfaserbasierten, flächigen Halbzeugen mit geringem Vorfertigungsgrad dar.Aufbauend auf der Darstellung und Abgrenzung des Umformverfahrens werden relevante Prozessgrößen und deren Charakterisierung durch geeignete Ersatzversuche aus dem Stand der Wissenschaft recherchiert und bewertet. Zudem werden Möglichkeiten erörtert, die Ergebnisse der Ersatzversuche mit den Daten aus dem Umformverfahren zu vergleichen. Aus den technischen und wissenschaftlichen Defiziten ergibt sich die Zielsetzung und weitere Vorgehensweise dieser Arbeit.Zur Lösung der Problemstellung werden den identifizierten Prozessgrößen geeignete Ersatzversuche aus dem Stand der Technik zugeordnet bzw. neue Ersatzversuche entwickelt und im Rahmen eines modularen Versuchsstandes technisch umgesetzt. Zur Vorbereitung der experimentellen Analyse der ausgewählten Ersatzversuche werden Referenzversuche mit dem Umformverfahren innerhalb festgelegter Parametergrenzen durchgeführt. Bei der anschließenden Durchführung der Ersatzversuche wird vor allem die Verlässlichkeit der Ergebnisse berücksichtigt, indem die Anzahl der Versuche jeder Versuchsreihe an die Ergebnisauswertung angepasst wird.Durch die Modifikation des Umformverfahrens können die Ergebnisse der Ersatzversuche innerhalb eines stufenweise komplexer werdendes, empirischen Modelsmit denen des Referenzversuchs verglichen und bewertet werden. Die Charakterisierung der Prozesskraftkomponenten wird für vier faserbasierte Materialien durchgeführt,die teilweise mit einer polymeren Funktionsschicht ausgestattetsind.Abschließend werden die Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst dargestellt und daraus folgende Forschungsansätze abgeleitet. / The purpose of this thesis is to present a newly developed method to investigate thecomplexload situation during the deep-drawing of paperboard within suitable substitute tests and its validation withinan empirical model.Deep drawing with direct compression represents analternativefor the production of three-dimensional traysfrom natural, fiber-based materials with a low degree of prefabrication.Based on the definition and description of the deep-drawing process within the literature, relevant process forces and associated substitute tests are identifiedand discussed. In addition, approachesare discussed to compare the results of the substitute tests with the data from the deep-drawingprocess. The objective and further procedure of this thesisresults from the technical and scientific deficits.The approach of this thesisis it to present a new, modular testing rig based on the substitute test which were chosen from the literature or were newly developed.In preparation ofthe experimental analysis of the selected substitutetests, reference tests are carried out with the forming process within specified parameter limits. In the subsequent implementation of the substitutetests, the reliability of the results is consideredabove all by adapting the number of tests in each test series parallel to the evaluation of the results. By modifying the forming process, the results of the substitute tests can be compared and evaluated with those of the reference test within an empirical model that becomes progressively more complex. The characterization of the process force components iscarried out for four fiber-based materials, some of which are equipped with a polymer functional layer.Finally, the results of this work are summarized,and the following research approaches are derived from them.