Bachelorarbeiten

Im Rahmen der vorliegenden Bachelorarbeit wurde der Einsatz der luftgekoppelten Ultraschallspektroskopie für die Materialcharakterisierung von Polymerproben experimentell untersucht. Die bisherige Ultraschallspektroskopie beschränkte sich auf die Kontakt- und Tauchtechnik. Die Methode der Luftankopplung wurde dagegen weitestgehend vernachlässigt. Die luftgekoppelte Ultraschallspektroskopie stellt eine zerstörungsfreie, kontaktlose Alternative zu der Kontakt- und Tauchtechnik in der Werkstoffprüfung und Materialcharakterisierung dar. Die Untersuchungen wurden in einer Transmissionsanordnung durchgeführt. Bei dieser Anordnung wird zur Materialcharakterisierung der transmittierte Schall mit und ohne Probe detektiert und ausgewertet. Aus den detektierten Signalen werden die Übertragungsfunktionen von Schallwandlern und Luftstrecke eliminiert. Das erlaubt eine Aussage über die akustischen Eigenschaften einer Probe. Durch die Auswertung von den erhaltenen Amplituden- und Phasenspektren können Parameter wie die Dickenresonanz, die Phasengeschwindigkeit der quasilongitudinalen Schallwellen und die akustische Dämpfung der Probe bestimmt werden. Aus der Dickenresonanz sind Materialeigenschaften wie die Dichte, die Schallgeschwindigkeit, die akustische Impedanz und der Transmissionskoeffizient ermittelbar. Für die Untersuchungen wurden quasi-homogene Polymerproben und additiv gefertigte Polymerproben verwendet. Die additiven Proben wurden dabei mittels Schmelzschichtungsverfahren gefertigt. Diese sogenannten "Füllgradproben" weisen im Inneren eine Leichtbaustruktur in Honigwabenform auf, welche vom Füllgrad abhängig ist. Die kontrollierte Änderung der inneren Struktur, durch die Variation des Füllgrades und den damit verbundenen geringeren Materialeinsatz, hat auch eine Änderung der akustischen Eigenschaften zur Folge. Der erarbeitete theoretische Ansatz wurde experimentell untersucht und validiert.

In dieser Arbeit wird eine Schutzschicht für Glas untersucht, um den Einfluss von Glaskorrosion zu reduzieren. Ein im Spülmaschinenbereich existierendes Glasschutzmittel wird dafür auf eine mögliche Nutzung zum Reinigen von Fensterscheiben untersucht. Das Schutzmittel basiert auf einem Zn-Bi-Phosphatglas das zur Erzeugung der Schutzschicht in DI Wasser aufgelöst und Floatglas in dieser Lösung gelagert wird. Durch die Verwendung eines Kratztesters wird das Verhalten beim Reinigungsprozess simuliert. Die behandelten Glasproben werden in einem experimentellen Bewitterungsapparat für bis zu 24 Stunden mit synthetischem, saurem Regen betropft. Die Proben werden in mehreren Abschnitten des Versuchsablaufs auf ihre Oberflächenrauheit, Konaktwinkel zu Wasser und Streulichteigenschaften überprüft. In verschiedenen Testreihen werden behandelte Luft- und Badseiten der Floatglasproben verglichen. Es werden weiterhin variierende Beschichtungszeiten und Oberflächenrauheiten untersucht. Der Fortschritt der Degradation wird mit lichtmikroskopischen Untersuchungen anschaulich belegt. Die optischen Veränderungen der Glaskorrosion sind bei einer Bewitterungszeit von bis sieben Stunden noch einfach entfernbar. Bewitterungszeiten über sieben Stunden erzeugen schwer oder nicht entfernbare Veränderungen auf der Oberfläche. Floatglas kann nach nur 24 Stunden unter synthetischen, sauren Regen eine messbare Rauheit von bis zu 500 nm aufweisen\\ Das Augenmerk soll mit dieser Arbeit auf die möglichen Folgen von durch Regen verursachte Glaskorrosion gelegt werden. Ein Großteil von wissenschaftlicher Arbeiten zur Glaskorrosion beschäftigt sich ausschließlich mit der Problematik des Wassereinbruchs in Atommüllendlager. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Regen ebenfalls drastische Veränderungen an Glas erzeugen kann und einfach aufzubringende Schutzschichten besser untersucht werden sollten.

Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die wirkenden Haftungsmechanismen innerhalb der Grenzschicht von thermoplastischen Sandwichverbunden. Der Fokus liegt auf einer Kombination aus einem Wabenkern aus Polypropylen (PP) und endlosfaserverstärkten Deckschichten aus Glasfasern und PP. Die Verschweißung beider Komponenten ermöglicht die Herstellung von Probekörpern für optische und mechanische Untersuchungen. Durch den 4-Punkt-Biegeversuch und den Trommelschälversuch werden sowohl die Grenzschicht als auch die mechanischen Eigenschaften der Kernverbunde analysiert. Die Nutzung der statistischen Versuchsplanung ermöglicht die Trennung der Effekte und eine Auswertung in Faktordiagrammen. Als Ergebnis entsteht ein quantitatives Modell, welches die Auswirkungen der Verfahrensparameter auf die vorliegenden Haftungsmechanismen beschreibt.

Das Ziel der vorliegenenden Bachelorarbeit war des den Einfluss einer strukturierten Oberfläche von Fügeteilen auf die Klebeverbindung zu untersuchen. Hierfür wurden mittels Spritzgussverfahren definierte Rauheiten auf Zug-Scher-Lineale übertragen. Verwendet wurden zwei thermoplastische Werkstoffe (PBT und PPS). Es wurde der Einfluss von drei Rauheiten untersucht. Dabei handelte es sich um eine geringe Rauheit mit Rz 1,8, eine mittlere mit Rz 15 und eine hohe Rauheit von Rz 45. Als Klebstoffsysteme wurden ein hochfestes Epoxid und ein fließfähiges Silikon ausgewählt. Um zu untersuchen ob äußere Einflüsse Auswirkungen auf die Klebung haben wurden Proben ausgelagert und gealtert. Hierbei handelt es sich um Hochtemperaturlagerungen, Temperaturschockwechsellagerungen sowie Feuchte-Lagerungen. Eine Versuchsgruppe wurde mit einem Plasmaverfahren vorbehandelt um untersuchen zu können ob eine definierte Rauheit einen Plasmavorgang entfallen lassen kann. Aufbau und Prüfung der Proben wurden in Anlehnung an DIN EN 1465 durchgeführt. Die Versagensarten wurden nach DIN EN ISO 10365 ermittelt und bewertet. Die Ergebnisse einer Versuchsgruppe wurden zusammengefasst und mit denen der anderen Rauheiten verglichen. Darüber hinaus konnten durch den Aufbau von Schliffen weitere Erkenntnisse gewonnen werden. Zur Ermittlung der Ist-Rauheit auf den Oberflächen wurden die Lineale mit einer taktilen Rauheitsmessung untersucht.

Nachhaltige Produkte und Prozesse rücken zunehmend in das Bewusstsein der Menschen. Das zeigt sich in der Kunststoffverarbeitung. Kunststoffe, welche auf nachwachsenden Rohstoffen beruhen und zudem biologisch abbaubar sind, können unsere Umweltressourcen schonen und bieten völlig neue Wege des Recyclings. Die Möglichkeit, ein Kunststofferzeugnis unter besonderen Bedingungen vollständig zu kompostieren, ist eine Alternative zur Lagerung auf Deponien. Nachteilig ist jedoch, dass Biopolymere wie Poly(-lactide) teilweise noch unzureichende Eigenschaften für technische Anwendungen aufweisen, um ein breites Anwendungsspektrum zu bedienen. Besonders geringe Schlagzähigkeiten schränken die Verwendung ein. Durch die Zugabe von funktionalisierenden Füllstoffen werden Zähigkeiten weiter minimiert. Die Erweiterung der Verwendungsmöglichkeiten Wood-Plastic-Compounds (WPC) bedingen eine Steigerung der Schlagzähigkeit durch geeignete Zusätze. Ziel der Arbeit ist es, die Zusammensetzung eines PLA-KKS-Compound zu finden, dessen Schlagzähigkeit vergleichbar mit der eines Polypropylen-KKS-Compounds ist. Die Sicherung restlicher mechanischer Eigenschaften spielt hierbei ebenfalls eine entscheidende Rolle. Auftretende Wechselwirkungen zwischen Holzspäne und den verwendeten Konzepten werden anschließend diskutiert. Erste Erkenntnisse, das WPC materialschonend und prozessstabil zu verarbeiten, wurden bereits durch vorherige Untersuchungen am Fachgebiet Kunststofftechnik gesammelt. Beginnend mit einer Recherche nach Modifikationsmöglichkeiten an reinem PLA wurden erste Ansätze für das Compound entwickelt. Verschiedene Konzepte wurden, durch geeignete Bewertungsverfahren bewertet, ausgewählt und erprobt. Das zunächst im Doppelschneckenextruder hergestellte Compound wurde anschließend mit Hilfe einer Spritzgießmaschine zu Formteilen urgeformt, an denen mechanische Kennwerte wie Schlagzähigkeit, Oberflächenhärte, Zugeigenschaften und Wärmeformbeständigkeit normgerecht ermittelt wurden. Der Einfluss der Materialzusammensetzung auf die Eigenschaften des Werkstoffs konnte quantitativ ermittelt werden. Eine Gegenüberstellung der Materialkennwert-Beeinflussung zur Compoundzusammensetzung rundet die Arbeit ab.