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Spritzgießen elektrisch leitfähiger Thermoplaste - Prozesstechnik und Modellbildung

Hochgefüllte und elektrisch leitfähige Kunststoffe ermöglichen technische Anwendungen wie den Einsatz von Bipolarplatten in Brennstoffzellen. Für die kostengünstige Herstellung solcher Komponenten ist die Auswahl eines passenden Fertigungsverfahrens von großer Bedeutung. Das Spritzgießverfahren zeichnet sich als sehr effizientes Fertigungsverfahren der Kunststofftechnik aus, weshalb in dieser Arbeit hochgefüllte Thermoplast-Compounds auf Basis eines Polypropylens im Spritzgießprozess zu elektrisch leitfähigen Formteilen verarbeitet wurden. Anhand experimenteller Untersuchungen wurde das Optimierungspotential der elektrischen Eigenschaften durch Variation der Spritzgießprozessparameter erarbeitet.

Bei allen Parametervariationen, die sich auf die thermische Belastung des Compounds auswirkten, konnten deutliche Veränderungen in den Bauteileigenschaften festgestellt werden. Im vorliegenden Fall waren hohe thermische Belastungen förderlich für die Ausbildung einer hohen elektrischen Leitfähigkeit. Neben der Darstellung des Einflusses aller Spritzgießprozessparameter wurde ein kalibrierbares Prozess- und Materialmodell für eine verbesserte Spritzgießsimulation aufgebaut.

Durch Messungen an definierten Betriebspunkten realer Spritzgießprozesse konnte unter Variation von zwei Parametern (Werkzeugtemperatur und Einspritzgeschwindigkeit) ein Versuchsfenster aufgebaut werden. Die Kalibrierung wurde durch zwei freie Parameter im Material- bzw. Prozessmodell vorgenommen, sodass jeweils eine effektive Viskosität und ein effektiver Wärmeübergangskoeffizient bestimmt werden konnten. Durch die Veränderung dieser Parameter war es möglich, prozessabhängige Eigenschaften des Spritzgießprozesses und die deutlichen Eigenschaftsveränderungen des Compounds gegenüber einem ungefüllten Kunststoff zu berücksichtigen. Innerhalb der Kalibrierungsgrenzen konnte außerdem die Prognosefähigkeit des Modells nachgewiesen werden, indem für eine nicht kalibrierte Werkzeugtemperatur ein übereinstimmender Werkzeuginnendruckverlauf berechnet werden konnte.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Jens  Dörner

Jens Dörner
Lehrstuhl für Konstruktion und Kunststoffmaschinen
Universität Duisburg-Essen

Informationen

Freie Schlagwörter: Elektrische Leitfähigkeit, Spritzgießen, Füllstoffe, Spritzgießsimulation, Prognosemodell, Carbon Nanotubes, Hochgefüllte Kunststoffe, Hochgefüllte Thermoplaste, Optimierung der Leitfähigkeit, Bipolarplatte, PEM
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau und Verfahrenstechnik der Universität Duisburg-Essen
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Johannes Wortberg, Prof. Dr.-Ing. Gerd Witt
Erscheinungsjahr: 2012
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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