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Präzise Kontrolle und Analyse des Aushärtungsvorgangs zur Optimierung der Duroplastharzverarbeitung

Die Möglichkeit einer kinetischen Verhaltenskontrolle für Duroplastwerkstoffe wird zur Optimierung von Verarbeitungsbedingungen und zum tieferen Verständnis der im fertigen Teil enthaltenen, endgültigen Materialeigenschaften beitragen. Die Eigenschaften eines Duroplasts sind vom Umsetzungsniveau abhängig, welches wiederum von mehreren Material- und Prozessparametern abhängt, was die Aushärtereaktion zu einem wesentlichen Schritt in der In-Line-Prozesssteuerung macht.

Zur Prozessoptimierung für Duroplaste und deren endgültigen Materialeigenschaften wurden Methoden zur Kontrolle des Aushärtungsvorgangs untersucht. Eine neue Methode wurde entwickelt, die sich durch die Verwendung eines dispersiven Raman-Systems mit kontaktfreier Optik auszeichnet. Die zur Anwendung gebaute Ausrüstung besteht aus einem Druckreaktor, in dem die Aufheizgeschwindigkeit einer kleinen Probe durch ein auf kleine Veränderungen in der Probetemperatur reagierendes Regulierungssystem gesteuert wird. Die Reaktion wird gleichzeitig durch Aussenden eines Laserstrahls in die Kammer kontrolliert. Der Reaktionsvorgang einer ungesättigten Hochleistungspolyestermasse (Pultrusionsqualität) mit einem Epoxidharz (Beschichtungsqualität) wurde mit dem so entwickelten System kontrolliert. Beim Durchlauf ungesättigter Polyester DSC Proben ergab sich eine nichtsteuerbare Überhitzung. Dagegen wurden die Überhitzungseffekte minimiert bzw. beseitigt, als der gleiche Werkstoff in der konstruierten Kammer erprobt wurde.

Die Auswirkungen von Druck auf Reaktionsgeschwindigkeiten und endgültige Materialeigenschaften wurden untersucht. Die Druckerhöhung führte bei der Reaktion von ungesättigten Hochleistungspolyestern zu einer Konkurrenzwirkung auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Die endgültigen Materialeigenschaften zeigen ein ähnliches Verhaltensmuster. Bei den Epoxidharzen wurde die Reaktionskinetik durch Druck beschleunigt; dennoch wurden keine Unterschiede in den endgültigen Materialeigenschaften festgestellt.

Darüber hinaus wurde durch die Anwendung von Aushärtungskontroll- und –optimierungstechniken eine spezielle Anwendung zur Imprägnierung von Holz entwickelt. Diese Anwendung setzt eine genaue Aushärtungsregelung für die erfolgreiche Funktion voraus. Das für dieses Verfahren gewählte Material war ein Epoxidharz auf Linsensaatbasis. Dieser neue Werkstoff ist für imprägnierende Anwendungen noch nie ausgewertet worden. Es ergaben sich synergetische Holz-Harz-Wirkungen, die im Verbund zu weitaus überlegeneren Eigenschaften führten, als die eigenen der Einzelmaterialien. Wesentliche Erhöhungen hinsichtlich Härte und Moduls wurden für die imprägnierten Teile erreicht. Obwohl weitere Untersuchungen zur Anwendung abgeschlossen werden müssen, lässt die Anwendung von Aushärtekontrolle und -optimierung die Holzimprägnierung durch Epoxidharz auf Linsensaatbasis als eine realisierbare Technik erscheinen, wodurch die Eigenschaften von Weichholz auf das Niveau von Harthölzern angehoben werden können.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com

Javier Cruz
University of Wisconsin at Madison

Informationen

Freie Schlagwörter: Aushärtungskinetik, Duroplaste, Raman-Spektroskopie, DSC
Institut / Lehrstuhl: University of Wisconsin at Madison
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr. Tim A. Osswald
Erscheinungsjahr: 2008
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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