Strategieerprobung zur Reduktion ätherischer Öle bei Erhalt der antibakteriellen Wirksamkeit an Kunststoffoberflächen. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Die Arbeit mit umweltfreundlichen und erneuerbaren Rohstoffen wird heutzutage immer wichtiger. Von recycelten und biologisch abbaubaren Kunststoffen, bis zur zunehmenden Verwendung von pflanzlichen Extrakten und ätherischen Ölen in Medizin, Kosmetik und Verpackungsmaterialien. Ziel dieser Arbeit war es, einen dieser erneuerbaren Rohstoffe aus Kiefernholz-Extrakt zu untersuchen. Extrakte aus Weichholz wie der Kiefer besitzen eine Vielzahl von Inhaltsstoffen, die für die Zukunft wichtige Eigenschaften aufweisen. Darunter sind die Stilbene: Pinosylvin und seine Methylether-Variante, die durch ihre guten antibakteriellen Eigenschaften als Schutzschicht in Lebensmittelverpackungen genutzt werden könnten. Die Harzsäuren, die häufig als Füllstoff in Kunststoffen verwendet werden, um die mechanischen Eigenschaften zu verändern oder für Mensch und Umwelt gefährlichere Füllstoffe aus dem Kunststoff ersetzen zu können, bei Aufrechterhaltung der gewünschten mechanischen Eigenschaften. Im Extrakt sind aber auch einige Vertreter flüchtiger Komponenten enthalten, darunter die Terpene. Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden zu untersuchen, den Geruch, der von den flüchtigen Komponenten beeinflusst wird, zu reduzieren, ohne dabei die positiven, antibakteriellen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Durch die Reduktion des Geruchs könnte das Extrakt in einem breiteren Anwendungsfeld eingesetzt werden. Der Nachweis ob die getesteten Methoden, den Geruch zu reduzieren, gleichzeitig schonend für die gewünschten Bestandteile, wie das Stilben, waren erfolgt mit Hilfe einer TGA-FTIR-Untersuchung. Die Fourier transformierte Infrarotanalyse ermöglicht einen schnellen Nachweis der chemischen Zusammensetzung im entstehenden Gasstrom. Mit Hilfe der Recherche werden Zusammenhänge zwischen den im Gasstrom vorhandenen Verbindungen und der für die antibakterielle Wirkung wichtigen Komponenten im Extrakt möglich. Diese Messmethode kann somit unter der Voraussetzung das die Extrakt Komponenten bekannt sind, genutzt werden, um den Einfluss der Trennverfahren auf das Extrakt zu bestimmen. Die Veränderung in der olfaktorischen Wahrnehmung wird über eine Umfrage mit einer Gruppe Freiwilliger bewertet. Da die geruchsbildenden Stoffe schon in sehr kleinen Konzentrationen von Menschen wahrgenommen werden, die geringe Konzentration aber eine sehr schwierige Auswertung in der Infrarotspektroskopie darstellt. Die Arbeit begrenzt sich dabei auf Methoden, die einem relativ schnellen und kostengünstigen Zwischenschritt in der Fertigung simulieren.
Analyse der Zeit-, Temperatur- und Druckabhängigkeit von Materialparametern während des Resin Transfer Moldings (RTM). - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2023
Das Resin Transfer Molding (RTM) ist ein Herstellungsverfahren für Faserverbundkunststoffe, das sich aufgrund kurzer Zykluszeiten und hohem Automatisierungsgrad in der Serienfertigung von Leichtbaukomponenten etabliert hat. Eine große Herausforderung ist jedoch die Entstehung von Lufteinschlüssen (Poren) während der Benetzung der Fasern durch das Harzsystem. Ziel dieser Arbeit ist die Analyse veränderlicher Materialparameter auf makro- und mikroskopischer Ebene während der gesamten Formfülldauer. Eine Einordnung und Bewertung bestehender Berechnungsmodelle zur Porenentstehung werden vorgenommen. Basierend auf den Mechanismen der Porenentstehung und der Betrachtung deren Einflussgrößen, erfolgt die Einführung eines Modells zur Entstehung von Poren an der Fließfront in einem Zweiskalenfließmodell. Im Fokus der Arbeit stehen die mikroskopische Permeabilität des Faserhalbzeugs, sowie die Materialparameter der modifizierten Kapillarzahl. Zur Berechnung der modifizierten Kapillarzahl werden die Temperatur- und Zeitabhängigkeit der Oberflächenspannung des Harzsystems und des Kontaktwinkels zwischen Fasern und Harzsystem ermittelt. Die Auswirkung der Änderungen auf den Porenanteil wird diskutiert. Die Abhängigkeit der mikroskopischen Permeabilität von der Werkzeugkompression wird in einem konzipierten Versuchswerkzeug mit verschiedenen textilen Halbzeugen und Lagenanzahlen untersucht. Geeignete Modelle zur Berechnung der Permeabilität werden ausgewählt und verglichen. Die Erkenntnisse tragen zur Charakterisierung und Beschreibung der Vorgänge an der Fließfront bei. Die Ergebnisse zeigen, dass die Berücksichtigung veränderlicher Materialparameter bei der Entwicklung geeigneter Injektionsstrategien förderlich ist, um den Porenanteil zu verringern.
Untersuchung des Materialeinflusses bei ultraschallgeschweißten Kunststoff-Gehäusen zur Einkapselung elektronischer Komponenten. - Ilmenau. - 103 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
In dieser Abschlussarbeit wird die Auswirkung des Ultraschallschweißens mit Kunststoffgehäusen auf darin eingekapselte, elektronische Bauteile untersucht. Hierbei steht der Einfluss von unterschiedlichen Kunststoffen aber auch der Schweißnahtgeometrien und Schweißparameter im Mittelpunkt. Es wird gezeigt, welchen Einfluss die Materialeigenschaften wie E-Modul oder Glasfasergehalt auf die Schwingungsbelastung sowie das Auftreten von Beschädigungen an elektronischen Bauteilen haben. Neben Vorversuchen zur Schweißbarkeit der gewählten Kunststoffe wird daher untersucht, ob ein höherer E-Modul zu mehr Beschädigungen und einer höheren Schwingungsbelastung führt. Dabei werden die verbauten elektronischen Komponenten nach dem Schweißvorgang äußerlich und mittels Schliffmikroskopie auf Beschädigungen untersucht. Außerdem wird die Schwingungsbelastung unter Variation des Gehäusematerials während des Schweißvorgangs mittels Laser-Vibrometer gemessen. Abschließend wurden Thermoschock-Tests bei Baugruppen ohne Beschädigungen durchgeführt, um Vorschädigungen durch den Schweißvorgang auszuschließen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einkapselung von elektronischen Komponenten vor allem bei Gehäusematerialien mit niedrigem E-Modul beschädigungsfrei möglich ist. Je höher der E-Modul und Glasfasergehalt, umso mehr Beschädigungen traten auf und umso größer war die Schwingungsbelastung. Hierbei spielen aber auch das jeweilige Gehäuse- und PCB-Design eine entscheidende Rolle.
Untersuchung der Verarbeitungsfähigkeit wärmeleitfähig modifizierter Duroplaste. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Der Stand der Technik von wärmeleitfähigen Füllstoffen und Verbundwerkstoffen war recherchiert. Ein Überblick über mögliche verwendete Füllstoffe und Polymermatrizen war aufgewiesen, um die Mischbarkeit zwischen beiden und elektrische Isolierung von Verbundwerkstoffen zu garantieren. In Vorversuchen wurde der maximale Füllstoffgehalt verschiedener Füllstoffe ohne Auswirkung auf Verarbeitbarkeit getestet, um die Wärmeleitfähigkeit von ausgehärteten Verbundwerkstoffen zu erhöhen. Nach weiterer Untersuchung wurde der Verbundwerkstoff mit der höheren Wärmeleitfähigkeit durch den Vergleich der Verbesserung der Wärmeleifähigkeit von ausgewählten Füllstoffen bestimmt, der ein Kompromiss zwischen Verarbeitbarkeit und Wärmeleitfähigkeit.
Benchmark von Berechnungsmodellen zur Bestimmung der Permeabilität textiler Halbzeuge. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Das Ziel dieser Arbeit ist es gängige Berechnungsmodelle zur Bestimmung der Permeabilität auf ihre Anwendbarkeit auf multidirektionale Gewebe zu überprüfen. Zu diesem Zweck wird eine Methodik zur Messung der Permeabilität mittels kapazitiver Sensorik entwickelt und auf Repro-duzierbarkeit untersucht, da kein genormtes Messverfahren existiert. Die Messung der Permeabi-lität erfolgt mittels radialer und linearer Anordnung. Für den Vergleich mit den Berechnungsmo-dellen zur Vorausbestimmung der Permeabilität werden die am häufigsten verwendeten Modelle recherchiert und deren Ergebnisse mit den Messwerten verglichen. Abschließend werden die beiden Messmethoden zur Messung der Permeabilität von einlagigen Geweben mit vergangenen Arbeiten gegenübergestellt, die die Permeabilität von mehrlagigen Faserverbunden untersucht haben.
Identifikation von Fehlstellen, deren Ursachen und Auswirkungen bei der Direktextrusion endlosfaserverstärkter Thermoplaste. - Ilmenau. - 173 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Die Zielstellung dieser Arbeit besteht darin, verschiedene Prozess- und Materialeinflüsse auf den Herstellungsprozess von Organoblechen zu untersuchen. Die Organobleche in dieser Arbeit werden mit dem Direktextrusionsverfahren hergestellt und im Anschluss mit einer Flachbettkaschiermaschine nachbearbeitet. Als Materialien kommen dabei glasfaserverstärkte Gewebe mit Polypropylen als Matrix zum Einsatz. Auf eine umfangreiche Literaturrecherche zur Herstellung und Imprägnierung von Fasergeweben mit thermoplastischen Matrizen folgen Vorversuche, die als Basis für weitere Untersuchungen dienen. In den Hauptuntersuchungen werden zwei Versuchspläne durchgeführt, bei denen die Prozessparameter (Werkzeugtemperatur und Kalanderdruck) und die Materialparameter (Faserfinish, Gewebeart und Matrixviskosität) variiert und genauer untersucht werden. In der Auswertung werden die Faser- und Porenvolumengehalte, die mechanischen Eigenschaften sowie Fehlstellen genauer analysiert und deren Änderungen interpretiert. Auf diese Erkenntnisse aufbauend wird ein Modell zur Bestimmung des Porenvolumengehaltes erstellt. Zusätzlich wird ein physikalisches Berechnungsmodell zu den mechanischen Eigenschaften erstellt, das auf Literatur-, Tabellen und Prozesswerten basiert. Ergänzend werden weitere Erkenntnisse dargestellt, die bei der Herstellung aufgetreten sind, wie die Porenbildung in den Faserbündelzwischenräumen durch die Flachbettkaschiermaschine.
Untersuchung der Thermografie zur Fehlercharakterisierung in Spritzgießbauteile. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Um sowohl Energie als auch Kunststoff einzusparen, wird der Einsatz von In-Line verbauten Sensoren zur Überwachung der Produktqualität zu einem stark wachsenden Forschungsgebiet. Mit der Verwendung der Thermografie bietet sich eine neue Möglichkeit zur Erkennung von Fehlern in Spritzgießprodukten. Aufbauend auf eine Literaturrecherche werden die Merkmale verschiedener Arten von Spritzgießfehlern und die Durchführbarkeit der thermografischen Prüfung untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Positionierung der Wärmebildkamera unter Berücksichtigung möglicher Wärmestörquellen und durch den Vergleich der Ergebnisse aus den Versuchen festgelegt. Auf dieser Basis wird für den Einsatz im industriellen Maßstab der Einfluss des Zeitintervalls für die Aufnahme des Wärmebilds auf die Erkennung von Fehlern betrachtet. Zudem werden die Faktoren, die die Erkennungsgenauigkeit von Fehlern beeinflussen, durch gezielte Versuche analysiert.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
In dieser Arbeit wird das Benetzungsverhalten des Kiefernkernholzextrakt, einem hochviskosen, antibakteriellen Medium, untersucht. Mit Eigenschaften zur Verhinderung der Keimbildung mehrerer multiresistenter Bakterien entsteht ein großes Anwendungsspektrum für das Extrakt. Vorteilhaft gegenüber Spänen der Kiefer ist es, auch beispielsweise Folien benetzen zu können. Im Rahmen der Arbeit wird die Viskosität des Mediums in Abhängigkeit von der Temperatur untersucht und darauffolgend Kontaktwinkel- und Oberflächenspannungsuntersuchungen durchgeführt. Als Probekörper zur Benetzung werden hierfür verschiedene biobasierte und biologisch abbaubare Kunststoffe wie beispielsweise Polylactide verwendet. Die Oberflächenspannungen der Probanden werden über die Kontaktwinkel mit destilliertem Wasser, Ethylenglycol, Dimethylsulfoxid und anschließender Auswertung über die OWRK-Methode berechnet. Mithilfe von mehreren Kiefernkernholzextrakt-Ethanol Mischungsverhältnissen, kann die reine Extraktoberflächenspannung bestimmt werden. Eine Auswertung von mehreren Reibversuchen, welche den mechanischen Abrieb feststellen, runden die Arbeit ab.
Untersuchungen zur Abhängigkeit der Pulvereigenschaften von der Kornform zylindrischer und plättchenartiger Körner. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Thema der vorliegenden Masterarbeit ist die Betrachtung einer zylindrischen bzw. plättchenartigen Partikelgeometrie für Kunststoffpulver der additiven Fertigung. Schwerpunkt der Untersuchungen ist der Zusammenhang zwischen der neuartigen Kornform und extrinsischen pulvertypischen Eigenschaften. Grundlagen der Pulverbettprozesse, der Pulverherstellung und der charakteristischen Pulvereigenschaften sind Teil des Stands der Technik. Darauf aufbauend werden Vorversuche gestaltet, mit denen die Faktoren Partikeldurchmesser, Pulvertemperatur und der Anteil sphärischer Partikel auf statistische Signifikanz geprüft werden. Im Rahmen der Hauptversuche werden verschiedene Partikelkonfigurationen gefertigt, die hinsichtlich Schüttdichte, Hausner-Faktor und Fließfähigkeit analysiert werden. Für die Durchführung werden, angepasst an die geringen Pulvermengen, neue Messmethoden entwickelt und validiert. Die Korngrößenverteilung der hergestellten Pulver wird als materialcharakterisierende Größe betrachtet und erfolgt über ein externes Labor. Aus den Ergebnissen der Hauptversuche geht hervor, dass der Durchmesser zylindrischer Partikel genutzt werden kann, um die Pulvereigenschaften gezielt zu steuern. Die Pulvertemperatur und der Anteil sphärischer Partikel haben insbesondere einen Effekt auf die Fließfähigkeit des Materials. Ein Benchmark-Vergleich mit drei kommerziellen Kunststoffpulvern aus Polypropylen hat ergeben, dass die neuartige Kornform für Pulverbettverfahren geeignete Merkmale erzielen kann. Es wird gezeigt, dass die zylindrische Partikelgeometrie Potenzial aufweist, um perspektivisch konkurrenzfähige Pulver für die additive Fertigung herzustellen.
Untersuchung der Faserlänge im Recyclingprozess von Organoblechen. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Im Fokus der Arbeit steht die quantitative Beschreibung der Faserlänge im Recyclingprozess von Organoblechen. Dabei liegt das Augenmerk auf einer Variation der unterschiedlichen Prozessparameter und der daraus resultierenden Faserlänge. In einer umfangreichen Literaturrecherche werden die unterschiedlichen Recyclingprozesse von langfaserverstärkten Thermoplasten betrachtet. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse werden die Vorversuche, die der Definition des Versuchsplans dienen, durchgeführt. Die Durchführung der Hauptuntersuchungen basiert auf den Erkenntnissen der vorangegangenen Vorversuche. Nach einer manuellen Vorzerkleinerung der Organobleche werden diese durch eine Schneidmühle mechanisch zerkleinert. Mit diesem Rezyklat wird an einem Doppelschneckenextruder unter der Hinzugabe von Neugranulat Faser-Kunststoff-Granulat bei einer Variation des Faservolumengehaltes, der Verarbeitungstemperatur und der Schneckendrehzahl hergestellt. Die Auswertung der Faserlänge erfolgt an einem Lichtmikroskop. Die Herstellung von Probekörpern aus dem Faser-Kunststoff-Granulat erfolgt an einer Spritzgussmaschine unter der Variation der Ausgangsfaserlänge in Kombination mit dem Faservolumengehalt, des Staudruckes und der Schneckendrehzahl. Die Auswertung der Faserlänge dieser Probekörper erfolgt ebenfalls an einem Lichtmikroskop. Es wird gezeigt, dass bei dem Extrusionsprozess der Faservolumengehalt, die Verarbeitungstemperatur und die Schneckendrehzahl einen Einfluss auf die resultierende Faserlänge haben. Der Einfluss der Ausgangsfaserlänge, des Staudruckes sowie der Schneckendrehzahl im Spritzgussverfahren erweist sich als signifikant. Auf Basis der Faserlängenverteilungen werden die quantitativen Zusammenhänge dargestellt.