Kleinwindenergieanlagen lassen sich aktuell im Binnenland kaum rentabel betreiben . Die Partner EAB Gebäudetechnik Luckau GmbH und das Fachgebiet Polymerbasierter Leichtbau der BTU Cottbus-Senftenberg haben dieses Manko nun behoben: Passive Smartblades aus 3D-gedruckten Formwerkzeugen passen sich den Windverhältnissen an. Dies gelingt durch einen intelligenten Lagenaufbau und dessen Biege-Torsions-Kopplung.

Das neuentwickelte Rotorblatt ist speziell für Schwachwindregionen geeignet und passt sich eigenständig an die Windlast an

Additiv gefertigte FKV-Formwerkzeuge für FKV-Bauteile von Kleinwindenergieanlagen

Glasfasern / -matten

Kunststoff Werkstoffe

Verstärkungsstoffe

Faserverarbeitung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Simulation Produkt- / Formteildesign

Software

Simulation

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Finite Methoden

Ingenieurwissenschaften

Technische Mechanik

Harze, Epoxid

Duroplaste

Windkraft

Energieerzeugung

Erneuerbare Energie

Analysetools, FEM

Additive Fertigung

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Hocheffiziente adaptive Faserverbund-Rotorblätter

Ein multifunktionales Messgerät kombiniert die rheologische Charakterisierung mit einer dynamisch-mechanischen Analyse.

Platte-Platte-Aufbau mit 25 mm Durchmesser für die rheologische Messung einer Polymerschmelze am MCR-702-MultiDrive- Rheometer mit einem Konvektionsofen (CTD 600 MultiDrive ready)

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Von der Schmelzrheologie bis zu den mechanischen Eigenschaften gedruckter Bauteile

Werkstoffprüfung, mechanisch

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Elastizitätsprüfgeräte

Mechanische Messtechnik

Prüfen von Kunststoffen

Werkstofftechnische Prüfungen

Zug-und Druckfestigkeitsprüfgeräte

Prüfdatenauswertung

Qualitätssicherung

Rheologie

Multifunktionale Werkstoffanalyse

Additive Fertigungsverfahren werden zunehmend zur Herstellung von Endprodukten eingesetzt. Ein Forschungsvorhaben betrachtet die Auslegung der mechanischen Eigenschaften und validiert die Erkenntnisse anhand industriell gefertigter Teile.

Mechanisches Verhalten additiv gefertigter Bauteile unter Kurz- und Langzeitbeanspruchung

Verfahren für die additive Fertigung

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Kunststoff

Anlagen für die Additive Fertigung

Bruchmechanische Prüfung

Lehrstühle und Institute

Dienstleistungen

Hochschulen

3D-Drucker (für FDM, FFF, etc.)

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

Werkstoffe für additive Verfahren

Gefertigt für die Ewigkeit?

Der Prüfmaschinenhersteller ZwickRoell baut sein Portfolio im Bereich der Materialprüfung weiter aus und lässt einen familienfremden Geschäftsführer ans Ruder.

Zum 1. Januar 2021 übernimmt ZwickRoell die Mehrheit der Anteile der Emco-Test Prüfmaschinen GmbH übernehmen, deren Firmenstandort in Kuchl/Österreich liegt

Werkstoff-Prüfstände

Personen

kunststoffe.de

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Unternehmen

ZwickRoell baut Portfolio aus und vollzieht Führungswechsel

Die Brennstoffzelle ist vom Nischenprodukt auf dem Weg in die Serie. Zur weiteren Senkung von Preis und Gewicht gilt es aber, die derzeit noch teuren Komponenten in Brennstoffzellensystemen durch preisgünstige Materialien – und hier insbesondere Kunststoffe – zu ersetzen. Um schädigende Auswirkungen auf die Lebensdauer der Brennstoffzelle auszuschließen, ist dabei allerdings eine Qualifizierung zur Eignung der Materialien erforderlich.

Neues Prüfkammerdesign: interner Aufbau zur Vermessung von Festkörperproben (links oben) und von Additiven (rechts)

Schritte zur Entwicklung standardisierter Qualifizierungsmethoden für Kunststoffe bei Antriebstechnologien

Prüflabor

Messtechnik-Dienstleister

Brennstoffzellen

Mobilität

Testgeräte für Kfz-Technik

Messgeräte für Automobiltechnik

Sonstige Mess- und Prüfverfahren

Qualitätssicherung Kunststoff

Thermische Mess- und Prüfverfahren

Thermische Prüfeinrichtungen

Messung von Umgebung (Klima)

Speed-Dating für Brennstoffzellen

Nele Zerhusen, Absolventin der Hochschule Osnabrück, erhielt den Preis für ihre herausragende Bachelorarbeit. Kunststoffverarbeiter Pöppelmann unterstützte sie dabei.

Im dualen Studiengang „Kunststofftechnik im Praxisverbund“ konnte Nele Zerhusen ihr Ziel verfolgen, Recycling und Kreislaufwirtschaft voranzubringen

Karriere

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Preis der Deutschen Kautschuk-Gesellschaft vergeben

Mit umfangreichen und spezifischen Modifikationen der Eigenschaften können Kunststoffe klassischen Metallbauteilen immer mehr Anwendungen abluchsen.

Bild 1. Grivory G5V weist im Vergleich zum bereits bekannten Grivory GV zwischen 60 °C und 100 °C deutlich bessere mechanische Eigenschaften auf

Quelle: Ems-Chemie, © Tabelle: Kunststoffe

Zwei neue Polyamid-Typen sollen technische Bauteile wirtschaftlicher machen

Polyamide

Thermoplaste

Technische Kunststoffe

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Fortschrittlicher Metallersatz

Die weltweite Marktsituation ist bei PA 6 und PA 66 sehr unterschiedlich. Bei PA 66 und beim Vorprodukt Adiponitril (ADN) kommt es immer wieder zu Lieferengpässen. Das führt zu teilweise drastischen Preiserhöhungen. Deshalb setzen immer mehr Anwender auf Alternativen zu PA 66.

Hochvoltstecker aus orange eingefärbtem Durethan BKV45FN04 kommen u. a. in Elektrofahrzeugen zum Einsatz. Für Kunststoffe bei Li-Ionen- Batterien ist oft eine UL94-V-0-Klassifizierung notwendig

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Polyamid (PA)

Messe K-Kunststoffmesse

PA-6-Compounds ersetzen PA 66

Bei einer Pkw-Federunterlage können mit einem Sandwich-Schäumverfahren Gewicht, Materialverbrauch und Herstellkosten signifikant gesenkt werden - bei gleicher Festigkeit.

Die Hartkomponente der Federunterlage wird mit dem sogenannten SmartFoam-Verfahren hergestellt. Der Querschnitt zeigt links ein korrekt hergestelltes Bauteil, rechts eines, bei dem sich das Gas nicht vollständig mit der Schmelze vermischt hat. Folge: Am unteren Rand hat sich eine große Gasblase gebildet, und die Außenschicht hat nicht mehr die erforderliche Dicke

Leichtbau bei hochbelasteten Kunststoffbauteilen am Beispiel einer Pkw-Federunterlage

Schaumspritzgießen

Spritzgießen

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Schwingungs- / Vibrationsprüfger

KFZ-Zulieferer

Schaumkern trotzt enormer Belastung

Das Automobil der Zukunft soll möglichst wenig CO<sub>2</sub> freisetzen, effizient und automatisiert fahren und von möglichst vielen Menschen genutzt werden können. Das stellt an Kunststoffe und deren Verarbeitungsverfahren unterschiedliche Anforderungen. Sie reichen vom Leichtbau für Karosserie und Antriebsstrang über einen angenehmen Innenraum bis hin zu Beleuchtung oder Sensorik.

Der neue vollelektrische Audi e-tron besitzt einen fast komplett verschlossenen Unterboden aus leichtem LWRT-Werkstoff (Low Weight Reinforced Thermoplastics), der dadurch den elektrischen Verbrauch reduziert

E-Mobilität, autonomes Fahren, Carsharing und die Folgen für die Kunststoffbranche

Polybutylenterephthalat

Leichtbau

Polyethylenterephthalat

Hochleistungskunststoffe

Alles auf Elektro?

Ab Juni 2020 bekommt der Geschäftsbereich High Performance Polymers bei Lanxess eine neue Leiterin. Sie tritt die Nachfolge von Michael Zobel an, der in die Leitung des Tochterunternehmens Saltigo wechseln wird.  

High Performance Materials ab Juni mit neuer Leitung 

Geschäftsbereich bei Lanxess unter neuer Führung  

Die Anzahl elektronischer Komponenten in Fahrzeugen nimmt seit Jahren beständig zu. Um sie mit elektrischer Energie zu versorgen, werden häufig hohe Ströme benötigt. Die dabei entstehende Wärme stellt allerdings eine Gefahr für die Komponenten dar und kann zur Beschädigung und zum Ausfall der Bauteile führen. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Temperatur an kritischen Bereichen bieten wärmeleitfähige Kunststoffe. Welche Effekte sich damit erreichen lassen, zeigt das Beispiel einer Vorsicherungsbox für den Golf 8.

Es wird zunehmend enger im Motorraum moderner Fahrzeuge wie beispielsweise des aktuellen Golf 8. Dadurch erhöht sich die Wärmebelastung der verbauten Komponenten

Wärmeleitfähige Kunststoffe helfen bei der Entwärmung von Bordnetzkomponenten

Elektronik

Automotive

Abkühlung für Fahrzeugelektronik

Die Optik spielt bei Kunststoffbauteilen eine immer größere Rolle. Entscheidend für ein ansprechendes Aussehen sind glänzende und gleichmäßige Oberflächen. Diese Anforderungen lassen sich bei glasfaserverstärkten Polyamiden bisher meist nur mit einer zusätzlichen Lackierung erreichen. Eine Alternative bietet ein speziell für die Gestaltung von Oberflächen entwickeltes Polyamid.

Bei Sichtbauteilen ist häufig eine gleichmäßige, glänzende Oberfläche gewünscht, die sich mit glasfaserverstärktem Polyamid oft nur schwer erreichen lässt. Grivory G7V von EMS löst dieses Problem

Aliphatisches Hochleistungspolyamid für Oberflächen

Oberflächentechnik

Kunststofffasern

Glänzende Bauteile ohne Lackierung

Der Fortschritt bei Fügetechnologien wie dem Laserdurchstrahlschweißen, die steigende Nachfrage nach wärmeleitenden Kunststoffen, der Leichtbau und die Elektromobilität gehören in der Material- und Anwendungsentwicklung mit Polyamid zu den großen Trends. Auch bei bei diesem Polymer wächst der Bedarf an nachhaltigeren Werkstoffen. Geschlossene Stoffkreisläufe werden deshalb künftig in der Herstellung von PA 6 und PA 66 eine immer wichtigere Rolle spielen.

Motorradtank aus Durethan BC550Z 900116 DUSXBL: Das unverstärkte und schlagzäh modifizierte PA 6 wird zu zwei Halbschalen spritzgegossen, die durch Heizelementschweißen zum Tank gefügt werden

Polyamid (PA): Produktverbesserungen und Ersatz von PA 66 durch PA-6-Compounds

Hybridtechnik

Compound

Vibrationsschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Hybridwerkstoffe

Recycling

Umweltmanagement

Laserschweißen

Laserauftragsschweißen

Laserbearbeitungen

Lasertechnik

Verbesserungen bei Materialien und  der Verarbeitung

Die Covid-19-Pandemie hat auch die Kunststofferzeuger hart getroffen. Doch nicht alle Kunststoffe sind gleichermaßen betroffen. Während die häufig in der Automobilindustrie verwendeten technischen Kunststoffe unter dem Einbruch des Fahrzeugabsatzes leiden, profitieren etwa Polyolefine teilweise von der Krise. Und auch wenn die Pandemie gerade alle anderen Themen in den Hintergrund rückt, schreitet dennoch die Entwicklung etwa bei der Kreislaufwirtschaft, Elektromobilität und Digitalisierung weiterhin voran. Über die gegenwärtige Situation und die zukünftige Entwicklung sprach Kunststoffe mit Vertretern der Kunststofferzeuger.

Ein Austausch in Pandemiezeiten: Coronabedingt fand das Kunststoffe-Expertengespräch rein digital statt. Dr. Matthias Scheibitz (oben links), Jürgen Luderer (oben rechts), Dr. Ingo Sartorius (unten links), und Dr. Karlheinz Hausmann (unten rechts) diskutierten dabei über die aktuelle Situation und die zukünftigen Trends bei Kunststoffen

Expertengespräch zu Trends und Herausforderungen bei Werkstoffen

Verpackungsmaterial

Logistik

Polyethylen

Streifinger, Florian

Polyvinylchlorid

Standardkunststoffe

Kunststoff-Rezyklat

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

Beitrag zur Charakterisierung und Berechnung von Feuchtigkeitsverteilungen in Polyamid 6

Ziel der Arbeit ist es, eine Methode zur numerischen Berechnung der Konzentrationsverteilungen zu entwickeln.

Im Fokus dieser Arbeit steht die Charakterisierung und Berechnung von Polyamid 6 (PA 6) mit Wasserkonzentrationsverteilungen. Hierfür wird das Material in stationären wie instationären Zuständen bei definierten Konzentrationsverteilungen charakterisiert, um daraus eine Methode zur numerischen Berechnung der Konzentrationsverteilungen auf Basis der Fick’schen Diffusion mittels Finite-Elemente Methode (FEM) zu entwickeln. Diese Berechnungsmethode verwendet experimentell ermittelte, konzentrations-abhängige Diffusionskoeffizienten und wird anhand von Sorptionsversuchen und computertomographischen Messungen der Konzentrationsverteilung validiert. An die berechnete Konzentration werden weitere konzentrationsabhängige Materialeigenschaften gekoppelt, um in einem nachgeschalteten Berechnungsschritt die wasserinduzierte Quellung bzw. das feuchteabhängige Deformationsverhalten vorherzusagen. Es wird zudem die Datengrundlage geschaffen, mit der die vorliegende Konzentration in eine lokale Glasübergangstemperatur umgerechnet werden kann, sodass sie in weiterführenden Arbeiten als interne Variable eines Materialmodells genutzt werden kann. Durch Korrelation der numerischen mit den experimentellen Ergebnissen kann eine Aussage über die Genauigkeit der FE-Berechnung gegeben und die Grenzen sowie Möglichkeiten der Berechnungsmethode aufgezeigt werden.

Polyamid 6, Diffusion, Finite-Elemente-Methode, Quellung, Hygroskopie, Feuchteeinfluss

Beitrag zur Charakterisierung und Berechnung von Feuchtigkeits- verteilungen in Polyamid 6

von der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität Dresden zur Erlangung des akademischen Grades

Doktor der Ingenieurwissenschaften (Dr.-Ing.)

Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Markus Stommel Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Heim

Weiteres Mitglied: Prof. Dr.-Ing. Chokri Cherif

Prüfungsvorsitz: Prof. Dr.-Ing. Maik Gude

Die vorliegende Arbeit ist während meiner Zeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Kunststofftechnologie (2016–2020) an der TU Dortmund und am Leibniz- Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (2020–2022) entstanden. Mein besonderer Dank gilt Prof. Dr.-Ing. Markus Stommel für zahlreiche konstruktive, fachliche Diskusionen, den gewährten Forschungsfreiraum und seine Unterstützung in vielerlei Hinsicht – und das seit mittlerweile 10 Jahren und an drei verschiedenen Forschungseinrichtungen. Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Heim danke ich für seine Bereitschaft zur Übernahme des Zweitgutachtens.

Des Weiteren bedanke ich mich herzlich bei Dr. Konrad Schneider für die kritische Durchsicht meines Manuskriptes und bei Dr. Lars Bittrich, Dr. Cindy Elschner sowie Dr.-Ing. Michael Maisl für wertvollen Input bei verschiedenen Fragestellungen. Bei meinen beiden Kollegen Dr.-Ing. Kai Uhlig und Dr.-Ing. Eric Euchler möchte ich mich für stets hervorragende Zusammenarbeit, spannende fachliche Diskussionen, Aufmunterung sowie Unterstützung in allen Lebenslagen bedanken. Auch den Kollegen aus der AG Werkstoffcharakterisierung möchte ich herzlich für all ihre Unterstützung danken Besonderer Dank gilt auch meinen ehemaligen Bürokollegen Michael Stanko, M. Sc. und Julius Petrausch, M. Sc.. Ohne euch beide wäre nicht nur der Arbeitsalltag deutlich grauer, sondern auch vor allen Dingen der FEM-Teil meiner Arbeit nicht in dieser Form möglich gewesen. Ebenso möchte ich Jessica Emde, M. Sc., Christian Schnabel, M. Sc. und Enno Henn, M. Sc. für einen wesentlichen Beitrag zu meiner Arbeit in Form von ihrer studentischen Abschlussarbeiten sowie stets hervorragende Zusammenarbeit danken. All‘ meinen Kolleginnen und Kollegen, seien es die (ehemaligen) LPW’ler, LKT’ler oder die (aktuellen) IPW‘ler, danke ich für eine stets außerordentlich angenehme Arbeitsatmosphäre, viele Diskussionen, stetige Hilfsbereitschaft, kreative Zusammenarbeit und viele bereichernde Momente über die Arbeit hinaus. Und für so viele gute Gespräche in verschiedenen Kaffeerunden und auch lange nach Feierabend…

Nicht zuletzt möchte ich meiner Familie und meinen Freunden für den nötigen Rückhalt und die immense mentale Unterstützung während des Studiums und der Promotion danken. Der größte Dank gilt allerdings meinem Partner Moritz Kurkowski. Nur durch seine Geduld, sein Verständnis und seine unglaubliche Unterstützung war es mir möglich, diese Arbeit anzufertigen.

Anna Katharina Sambale Dresden, Juli 2022

Im Fokus dieser Arbeit steht die Charakterisierung und Berechnung von Polyamid 6 (PA 6) mit Wasserkonzentrationsverteilungen. Hierfür wird das Material in stationären wie instationären Zuständen bei definierten Konzentrationsverteilungen charakterisiert, um daraus eine Methode zur numerischen Berechnung der Konzentrationsverteilungen auf Basis der Fick’schen Diffusion mittels Finite-Elemente Methode (FEM) zu entwickeln. Diese Berechnungsmethode verwendet experimentell ermittelte, konzentrations- abhängige Diffusionskoeffizienten und wird anhand von Sorptionsversuchen und computertomographischen Messungen der Konzentrationsverteilung validiert. An die berechnete Konzentration werden weitere konzentrationsabhängige Material- eigenschaften gekoppelt, um in einem nachgeschalteten Berechnungsschritt die wasserinduzierte Quellung bzw. das feuchteabhängige Deformationsverhalten vorherzusagen. Es wird zudem die Datengrundlage geschaffen, mit der die vorliegende Konzentration in eine lokale Glasübergangstemperatur umgerechnet werden kann, sodass sie in weiterführenden Arbeiten als interne Variable eines Materialmodells genutzt werden kann. Durch Korrelation der numerischen mit den experimentellen Ergebnissen kann eine Aussage über die Genauigkeit der FE-Berechnung gegeben und die Grenzen sowie Möglichkeiten der Berechnungsmethode aufgezeigt werden.

This work focuses on the characterisation and modelling of Polyamide 6 (PA 6) with water concentration distributions. For this purpose, the material is characterised in steady-state and transient conditions with defined concentration distributions in order to develop a method for the numerical calculation of the concentration distributions based on Fick‘s diffusion using the finite element method (FEM). This calculation method is based on experimentally determined, concentration-dependent diffusion coefficients and is validated by sorption experiments and computer tomographic measurements of the concentration distribution. Further concentration-dependent properties are coupled to the calculated concentration in order to predict the water-induced swelling and the moisture- dependent deformation behaviour in a subsequent calculation step. In addition, the data basis is created to convert the present concentration into a local glass transition temperature enabling its use as an internal variable of a material model in further work. By correlating the numerical with the experimental results, a prediction can be made about the accuracy of the FE calculation and the limits and possibilities of the calculation method can be identified.

2.1 Materialeigenschaften von Polyamid 6 9

2.2 Wasserstoffbrückenbindungen in PA 6 12

2.2.1 Struktur und Polymorphie von PA 6 14

2.2.2 Freies Volumen, Stofftransport und Wasseraufnahmemechanismus 20

2.3.1 Mathematische Modellierung der Diffusion in PA 6 27

2.3.2 Bestimmung von Diffusionskoeffizenten 29

2.4 Feuchteabhängige Materialeigenschaften von PA 6 33

2.4.1 Wasserinduzierte Quellvorgänge und Eigenspannungen 34

2.4.3 Einfluss auf die thermo-mechanischen Eigenschaften 40

2.4.4 Modellierung des feuchteabhängigen Verhaltens 46

2.5 Methoden zur Konditionierung von PA 6 48

2.6 Inhomogene Feuchtigkeitsverteilungen 51

4 Sorptions- und Quellverhalten von PA 6 56

4.1 Charakterisierung und Berechnung des Sorptionsverhaltens 58

4.1.1 Numerische Berechnung des Sorptionsverhaltens mittels Massendiffusionsanalyse 58

4.1.2 Charakterisierung des Sorptionsverhaltens 61

4.1.3 Berechnung des Sorptionsverhaltens im Wasserbad 69

4.1.4 Validierung der Berechnungsmethode für Konzentrationsverteilungen 72

4.2 Charakterisierung und Berechnung des Quellverhaltens 87

4.2.1 Berechnung des Quellverhaltens mittels statischer Spannungsanalyse 87

4.2.2 Kopplung der FE-Berechnung des Sorptionsverhaltens mit der

4.2.3 Charakterisierung des Quellverhaltens 92

4.2.4 FE-Berechnung der Quellung im Wasserbad 96