Polymere II Teil 2: Technologie der Polymere

Transkript

1 Bachelorstudiengang Materialwissenschaft Grundlagenfächer Teil 3 Frühjahrsemester 2009 Polymere II Teil 2: Technologie der Polymere 6. Umformen Thomas Schweizer Institut für Polymere FS09 6/1

2 Spinnprozesse Rep. thermotrope P. lyotrope P. / Gelspinnen lyotrope P. lyotrope P. FS09 6/2

3 Rep. Fully Oriented Yarn Spinngeschwindigkeit Faserquerschnitte raue Oberfläche bessere Farbhaftung FS09 6/3

4 Schäumen - Übersicht Verfahren Rep. Styrofoam -Verfahren TSE, FS09 6/4

5 Inhalt Warmformen Thermomechanisches Verhalten Recken Streckziehen Tiefziehen Prägen Abkanten Kaltformen FS09 6/5

6 Übersicht Umformen Kapillarbruch Raleigh-Instabilität Kohäsionsbruch σ > R m,faden Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure, 2. Auflage, Hanser, 2007 FS09 6/6

7 Thermo-mechanisches Verhalten (I) amorph teilkristallin T > T g T ± T m T > T g T > T m Domininghaus Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften 6. Auflage Springer, 2005 FS09 6/7

8 Thermo-mechanisches Verhalten (II) Thermomechanische Analyse Penetrationsversuch Dynamisch mechanische Analyse PS linearer Wärmeausdehnungskoeffizient = 47 mg / mm 2 Thermoformen PS a: gr. MFI b: kl. MFI + mechanischer Modul - Breite des gummielastischen Bereichs - kein Modul + Breite des gummielastischen Bereichs Prest und Porter, J. Polym. Sci., A-2, 10(9), (1972) M w = g/mol M w = g/mol Domininghaus spannungsgesteurter Versuch Kriechversuch deformationsgesteuerter Versuch Biegeschwingversuch FS09 6/8

9 Anordnung der Prozesse im Temperaturfenster T amorph teilkristallin Bargel/Schulze, Werkstoffkunde, 9. Auflage, Springer, Berlin, 2006 FS09 6/9

10 Recken Recken Eine spezielle Form des Umformens ist das Recken, weil es sich dabei nur um eine ein- oder mehrachsige Verstreckung ohne Änderung der Topographie (Ausstülpungen) handelt. Anwendungsgebiete von Recken Recken von Platten zur Verbesserung der phys. Eigenschaften (Festigkeit, Transparenz) Kalt- und Warmrecken von Fasern Herstellen von Schrumpfschläuchen Domininghaus Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften 6. Auflage Springer, 2005 Homopolymer Durch das Recken erzielbare Festigkeitssteigerung Zugversuch an ipp Wolfgang Grellman, Sabine Seidler Deformation und Bruchverhalten von Kunststoffen, Springer, 1998 FS09 6/10

11 Streckziehen Formteilrand fest eingespannt vorgewärmte Platte Manas Chanda, Salil K.Roy Plastics Technology Handbook CRC Press, 4th edition, 2007 Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure, 2. Auflage, Hanser, 2007 FS09 6/11

12 Becherproduktion: Streckziehen und Spritzgiessen im Vergleich Prozess Streckziehen Spritzgiessen Vorteile Nachteile einfach, Werkzeug Alu lässt sich in Produktionsstrasse einfügen (Tiefziehen, Einfüllen, Heisssiegeln) bis 50'000 Stück/h Randabschnitte teures Halbzeug kein In-mould-labelling ausser für Deckel gleichmässige Temperaturführung gleichmässig dünne Wandstärke In-mould-labelling Werkzeugstandzeit bei 1 Kavität bis zu 20 Millionen Becher Teueres Werkzeug aus Stahl Stück/h Thermoformwerkzeug 45fach für Lebensmittelbecher Spritzguss von Bechern im Doppelkavitätswerkzeug FS09 6/12

13 Streckziehen mit Vorstreckung Formteilrand fest eingespannt x gegen komprimierte Luft Streckziehen mit Vorstrecken: Vermeiden der beim Streckziehen auftretenden ungleichmässigen Wandstärken Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure, 2. Auflage, Hanser, 2007 FS09 6/13

14 Tiefziehen Formteilrand federnd eingespannt Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure, 2. Auflage, Hanser, 2007 FS09 6/14

15 Tiefziehen flächiger Bauteile fahrbare Heizstation Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure, 2. Auflage, Hanser, 2007 FS09 6/15

16 Abkanten alternativ: Quarzstrahler u. Abdeckschablonen Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure, 2. Auflage, Hanser, 2007 FS09 6/16

17 Druckumformen / Prägen Zustand des Polymeren bei Formgebung Formfüllung Grenze der Replikation Spritzgiessen Spritzprägen Heissprägen Flüssig unter Druck Kapillardruck, Lufttaschen, T >> T Spritzdruck, m Formwandtemperatur Flüssig drucklos Kapillardruck, Lufttaschen, T > T Schliesskraft, m Formwandtemperatur Fest keine (Halbzeug) Lithographie, Polymer T T m (teilkrist. / amorph) FS09 6/17

18 Inhalt Warmformen Thermomechanisches Verhalten Recken Streckziehen Tiefziehen Prägen Abkanten Kaltformen FS09 6/18

19 Kaltformen Kaltformen von Kunststoffhalbzeug wenig durchgeführt starke elastische Rückfederung Alterung (zeitabhängige Rückverformung) grosse Oberflächenspannungen Ausnahme: Kaltbiegen von PC-Tafeln bis 12 mm Dicke wie Blech möglich PC PC Kaltfliessen mit Einschnürung FS09 6/19

20 Lektion 6: Zusammenfassung Warmumformen nur für Thermoplaste T Umformkräfte T Struktur fixieren amorphe Polymere: T > T g teilkristalline Polymere: T ± T m Tiefziehen: Nachziehbarer Rand Streckziehen: Fester Rand Kaltumformen wenig verwendet grosse Umformkräfte hohe elastische Rückfederung Alterung Necking bei teilkristallinen Polymeren Spezialfall PC FS09 6/20