GAK - Gummi Fasern Kunststoffe

Editorial
453
Veränderung

„Die einzige Konstante im Leben ist die Veränderung“, diese Aussage des griechischen Philosophen Heraklit ist schon mehr als zweieinhalbtausend Jahre alt und bewahrheitet sich doch stets von neuem. Weltweit hat Corona so vieles verändert, dass einem die kleinen Veränderungen, die es immer gab, schon fast als Konstanten erscheinen. Die GAK hat sich in den mehr als 70 Jahren ihres Erscheinens immer wieder verändert und ist gleichzeitig eine Konstante in der Kautschuk- und Kunststoffbranche geblieben. Im September mussten wir von unserem Verlagsgründer Dr. Heinz Gupta Abschied nehmen. Nun stellen wir uns unter einer neuen Geschäftsführung neu auf, um diese Tradition weiterzutragen und weiterzuentwickeln.

Einem beständigen Wandel unterliegen auch die Märkte, z. B. in der Automobilindustrie. Der Marktanteil an Elektrofahrzeugen bei den Neuzulassungen ist auch im September weiter gestiegen, wie aus der aktuellen Branchenstudie des Center of Automotive Management (CAM) hervorgeht (S. 461). Composites Germany hat zum fünfzehnten Mal aktuelle Kennzahlen zum Markt für faserverstärkte Kunststoffe erhoben. Die Ergebnisse der Studie liegen nun vor (S. 464).

Bauteile verändern sich mit der Zeit unter Beanspruchung. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat mit den „AM Fatigue Labs“ ein neues Laboratorium speziell zur Untersuchung von additiv gefertigten Bauteilen eingerichtet (S. 470).

Die Veränderung einzelner Parameter hat Auswirkungen auf den gesamten Prozess. Für die Elastomerverarbeitung gewinnt die Prozesssimulation zunehmend an Bedeutung. Der Beitrag auf Seite 466 erklärt, was für eine solche Simulation benötigt wird und zeigt aktuelle Einsatzmöglichkeiten in der Elastomerverarbeitung auf.

Auf Seite 462 wird außerdem eine Prozesssimulation im Bereich der additiven Fertigung für Kunststoffbauteile vorgestellt.

Elastomere zeichnen sich dadurch aus, dass mechanische Veränderungen ihrer äußeren Form wie Stauchung oder Dehnung reversibel sind. Markus Seidl-Nigsch, Markus Heim und Harald Loy beschreiben die physikalisch-chemischen Grundlagen, die das zielgerichtete Design hochdämpfender Polyurethan-Elastomere mit ausgeprägt viskoelastischem Verhalten zur Dämpfung von Stößen und Schwingungsamplituden ermöglicht haben (S. 471).

Und was wäre die Forschung ohne Veränderung und neue Ideen? In seinem Beitrag zur Mischbarkeit von Elastomeren mit Weichmachern in Abhängigkeit von der Temperatur holt Roy Hornig weit aus und erklärt Grundlagen, Modelle und Zusammenhänge zum Begriff Mischbarkeit. Dabei gibt er einen Überblick über die aus der Literatur bekannten Methoden zu deren Bestimmung, die er in Beziehung zu eigenen Ergebnissen aus Kontaktwinkelmessungen setzt (S. 478).

Das GAK-Redaktionsteam wünscht viel Spaß beim Lesen!

Herzliche Grüße
Christine Rüdiger

Report
461
Elektromobilität in Deutschland – Kurzanalyse der Absatztrends von Januar bis September 2020

Das Center of Automotive Management (CAM) an der Fachhochschule der Wirtschaft (FHDW) in Bergisch Gladbach analysiert im „Electromobility Report“ regelmäßig den Elektromobilitätsmarkt, die Absatzentwicklung und Innovationstrends der Automobilhersteller. Im Mittelpunkt stehen die Kernmärkte China, USA und die Europäische Union. Unter anderem werden unter Berücksichtigung von Schlüsselfaktoren wie Ladeinfrastrukturen, Regularien, Modellpaletten und den Elektromobilitätsstrategien der OEM verschiedene Markthochlaufszenarien für 2025/2030 entworfen. Im Folgenden werden einige Kernaussagen der aktuellen Branchenstudie des CAM präsentiert.

462
Berechnung von 3D-gedruckten Werkzeugeinsätzen im Spritzguss

Die additive Fertigung kommt zunehmend bei der industriellen Herstellung von Kunststoffbauteilen zum Einsatz. Um die hohe Flexibilität im Design, die schnelle Fertigung sowie eine Kostenreduktion bei geringen Stückzahlen im Bereich der gedruckten Werkzeugeinsätze gewährleisten zu können, werden vorangehende Analysen für eine sichere Auslegung benötigt.

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464
Ergebnis der 15. Composites-Markterhebung liegt vor – Bewertung der derzeitigen Geschäftslage äußerst negativ

Zum fünfzehnten Mal hat Composites Germany aktuelle Kennzahlen zum Markt für faserverstärkte Kunststoffe erhoben. Befragt wurden alle Mitgliedsunternehmen der drei großen Trägerverbände von Composites Germany: AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe, Leichtbau Baden-Württemberg und VDMA-Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien. Um die problemlose Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Erhebungen zu gewährleisten, wurden auch in diesem Halbjahr keine Änderungen bei der Befragung durchgeführt. Erhoben wurden erneut überwiegend qualitative Daten in Bezug auf die aktuelle und zukünftige Marktentwicklung.

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466
Simulieren statt Probieren – Simulation in der Elastomerverarbeitung

Während sich Simulation im Kunststoffspritzguss seit langem etabliert hat und breite Anwendung findet, ist die Adaption dieser Technologie für die Elastomerverarbeitung noch nicht ganz so weit verbreitet. Dabei ist gerade bei Elastomeren, die nicht nur erstarren, sondern im Prozess dreidimensional und irreversibel vernetzen, ein detailliertes Prozessverständnis von noch größerem Interesse, um zu verstehen, was genau während der Verarbeitung wo und warum passiert. Dieser Beitrag soll erklären, was für eine solche Simulation benötigt wird und die aktuellen Einsatzmöglichkeiten in der Elastomerverarbeitung aufzeigen.

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Fraunhofer LBF: Neues Laboratorium kann Beanspruchungen von Bauteilen realitätsnah simulieren

Die additive Fertigung stößt derzeit in vielen Bereichen des Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbaus auf ein stetig wachsendes Interesse. Um die Zuverlässigkeit derartig gefertigter Bauteile besser steuern zu können, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF mit den „AM Fatigue Labs“ ein neues Laboratorium eingerichtet.

Article
471
Hochdämpfende Polyurethan-Elastomere

Elastomere zeichnen sich dadurch aus, dass mechanische Verformungen reversibel sind. Verschwindet also die auf einen Prüfkörper wirkende Kraft, bewegt sich dieser zurück in seine ursprüngliche Geometrie. Benötigt er dafür eine vernachlässigbare Zeitspanne, ist der sogenannte elastische Anteil der Verformung sehr groß. Beansprucht das Wiederherstellen der Anfangsgeometrie hingegen eine nicht-vernachlässigbare Zeitspanne, ist der sogenannte viskoelastische Verformungsanteil ausgeprägt. Das Elastomer ist dann nicht (ideal-)elastisch, sondern viskoelastisch. Je nach Anwendung verwenden Ingenieure elastische oder viskoelastische Werkstoffe –, z.B. als schwingungsisolierenden oder -dämpfenden Bestandteil von Lagern. Getzner Werkstoffe bietet mit Sylodamp einen Werkstoff mit ausgeprägt viskoelastischem Verhalten an. Es dämpft Stöße und Schwingungsamplituden und kommt somit überall dort zum Einsatz, wo Lastspitzen reduziert und bei periodischen Kräften Resonanzphänomene eingeschränkt werden müssen. In diesem Aufsatz beschreiben wir jene physikalisch-chemischen Grundlagen, die das zielgerichtete Werkstoffdesign ermöglichen.


Elastomers are defined by their reversible deformation behavior: Consider a specimen underlying an external force. Once this force vanishes, its initial geometry will be restored. In the case of ideal-elastic materials this happens nearly instantly, while so-called viscoelastic materials need some time to restore the initial geometry. Depending on the application, engineers make use of one or the other class of elastomers. For example, almost ideal-elastic materials are the best choice to isolate vibrations in, e. g., building industry and railway engineering. In contrast, viscoelastic elastomers allow damping of impacts as well as damping of the amplitude of vibrations. For such applications, Getzner Werkstoffe offers a material series named Sylodamp. In this article we describe the basic physical and chemical relations allowing us to design materials with pre-defined damping characteristics.

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478
Die Kompatibilität von Elastomer-Weichmacher-Paarungen – Untersuchungen zur Temperaturabhängigkeit von Oberflächenspannungsanteilen und Grenzflächenspannungen zu deren Bewertung – Teil 1

Im Vordergrund dieser Arbeit steht die Mischbarkeit von Elastomeren mit Weichmachern in Abhängigkeit von der Temperatur. Sie setzt eine hohe Verträglichkeit bzw. Löslichkeit der Systemkomponenten voraus. Als Elastomerkomponente wurde Ethylen-Acrylat-Kautschuk (EACM) ausgewählt, der in einer Paarung mit verschiedenen mineralischen und synthetischen Weichmacherölen, welche sich in ihrem unpolaren bis hochpolaren Charakter deutlich voneinander unterscheiden, in Wechselwirkung gebracht wurde. In der Literatur erfolgt die Beurteilung der Mischbarkeit meist über visuelle bzw. mikroskopische Untersuchungen oder über rheologische Messungen. Des Weiteren findet eine Bewertung, wie bspw. bei Polymerverschnitten, auch über die Charakterisierung des Glasumwandlungsbereichs mit Hilfe kalorimetrischer Messungen statt. Als analytische Methoden werden die XPS-Analyse (=Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie) und weitere spektroskopische Verfahren der Neutronen- und Lichtstreuung für polymere Strukturbestimmungen angeführt. Wie in dieser Arbeit aufgezeigt wird, kann eine erste Abschätzung der Verträglichkeit eines Weichmachers mit einem Polymer über Benetzungsversuche erfolgen. Auch hier haben sich verschiedene Messmethoden etabliert. Diese Arbeit konzentriert sich vorrangig auf Kontaktwinkelmessungen mit Hilfe eines Tropfenkonturanalyse-Messgeräts. Darüber hinaus wird eine große Versuchsmatrix durchgeführter Langzeit-Einlagerungsversuche von chemisch vernetzten Elastomerproben in Weichmacherflüssigkeiten bei verschiedenen Temperaturen vorgestellt, um auch über diesen zweiten Weg der Gleichgewichts-Volumenquellung, Gewichtsänderung und den zeitlichen Verlauf der Diffusionsgeschwindigkeit, weitere wichtige Informationen zur jeweiligen Systemverträglichkeit zu erhalten. In Teil 1 dieser Arbeit wird zunächst auf den Begriff der Mischbarkeit eingegangen. Nachfolgend werden notwendige Grundlagen, Modelle und weitere Zusammenhänge, wie u. a. Einflüsse aus der Mischprozessführung, vermittelt. Auf die zentrale Stellung der Benetzungstheorie für diese Arbeit, bezogen auf die polare Oberflächenspannung (gegen Luft) und die Grenzflächenspannung (fest/flüssig), wird besonders hingewiesen. Wie im Praxisteil aufgezeigt, musste zunächst für die eingesetzten Referenzflüssigkeiten, H2O, MEG usw., die Temperaturabhängigkeit des dispersen und polaren Oberflächenspannungsanteils ermittelt werden, da diese Verläufe in der Literatur nicht verfügbar sind. Ursache dafür ist möglicherweise die sehr schwere Bestimmbarkeit über die Sessile-Drop-Methode. Um stabile und abgesicherte Kontaktwinkel-Messwerte auch bei höheren Temperaturen zu erhalten, wird hier ein interessanter Lösungsansatz dargestellt. Teil 1 der Arbeit schließt mit einer Darstellung der Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannungsanteile für die EACM-Elastomerkomponente ab, indem die Owens-Wendt-Beziehung mit Hilfe von Referenzmedien genutzt wird. Damit wird die Basis für weitere Verträglichkeitsbewertungen mit den verschiedenen Weichmachertypen geschaffen, die im Teil 2 vorgestellt werden sollen.


The focus of this work is the miscibility of elastomers with plasticizers as a function of temperature. It requires a high degree of compatibility or solubility of the system components. Ethylene acrylate rubber (EACM) was selected as the elastomer component, which was paired with various mineral and synthetic plasticizer oils differing significantly in their non-polar to highly polar character for inducing interaction. In the literature, miscibility is usually assessed by means of visual or microscopic examinations or rheological measurements. Furthermore, an evaluation, as for example with polymer blends, also takes place via the characterization of the glass transition zone by calorimetric measurements. In addition, XPS analysis (= X-ray photoelectron spectroscopy) and other spectroscopic methods of neutron and light scattering for polymer structure determinations are listed as analytical methods. As shown in this work, an initial assessment of the compatibility of a plasticizer with a polymer can be made by wetting tests. Here, too, various measurement methods have become established. This work focuses primarily on contact angle measurements with the aid of a drop shape analyzer. In addition, a large test matrix of long-term storage tests carried out on chemically cross-linked elastomer samples in plasticizers at different temperatures is presented in order to obtain further important information on the actual system compatibility by using this second path of equilibrium volume swelling, i.e. weight change and rate of diffusion over time. In part 1 of this study, the concept of miscibility is discussed first. Necessary fundamentals, models, and further relationships, such as influences from the mixing procedure are subsequently discussed. The central role of the wetting theory for this work, related to the polar surface tension (against air) and the interfacial tension (solid / liquid), is particularly pointed out. As shown in the experimental part, the temperature dependency of the disperse and polar surface tension fractions for the reference liquids used, H2O, MEG, etc., had first to be established, since these functions are not available in the literature. The reason for this is possibly the complicated determinability using the sessile drop technique. Therefore, an interesting solution is presented here to obtain stable and reliable contact angle measurements even at higher temperatures. Part 1 of the paper concludes with a representation of the temperature dependency of the surface tension fractions for the EACM elastomer component by using the Owens-Wendt relationship by means of reference media. This creates the basis for further compatibility assessments with the various types of plasticizers that will be presented in Part 2.

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