Dielektrische Analyse: Vernetzungsgrad online überwachen
Die dielektrische Analyse (DEA) könnte die Qualitätskontrolle beim Elastomerspritzgießen revolutionieren. Erste Tests zeigen, dass die Vernetzungsreaktion detektierbar ist, was eine inline-Überwachung und präzise Entformung bei definiertem Vernetzungsgrad ermöglicht.
Ausgangssituation / Problemstellung:
Die mechanischen Bauteileigenschaften spritzgegossener Elastomerbauteile werden maßgeblich durch den Vernetzungsgrad bestimmt. Eine qualitative oder quantitative Bestimmung der Bauteileigenschaften erfolgt bislang erst nach der Produktion mit einem großen zeitlichen Versatz, währenddessen unter Umständen Ausschuss produziert wird. Eine in das Formwerkzeug integrierte Ermittlung des Vernetzungszustands von Elastomerbauteilen als neue Qualitätsgröße kann dieses Risiko deutlich minimieren. Die dielektrische Analyse (DEA) stellt eine in der Epoxidharzverarbeitung etablierte, aber noch nicht für die Elastomeranwendung verifizierte Methode zur Bestimmung des Aushärtegrades dar.
Zielsetzung:
Ziel des Vorhabens ist es daher, die Methode der DEA hinsichtlich ihrer Eignung zur Erfassung des Vernetzungsablaufs beim Elastomerspritzgießen zu untersuchen. Stellt sich die DEA als geeignet dar, so können Bauteile auf Basis des DEA-Messsignals mit definiertem Vernetzungsgrad zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Bauteilqualität entformt werden.
Lösungsweg und Ergebnisse:
Hierzu wird zunächst ein temperierbarer Offline-Messprüfstand mit integrierter DEA entwickelt und gefertigt. Mit diesem Messprüfstand können variable Prozessbedingungen simuliert werden, um die Eindringtiefe sowie Temperatur- und Druckabhängigkeit der Messsignale bewerten zu können. Anhand von Naturkautschuk (NR)- und Styrolbutadien (NBR)-Mischungen wird die Vernetzungsreaktion bei unterschiedlichen Temperaturen untersucht. Generell ist der Versuchsaufbau für Messungen beliebiger Compounds auf organischer und anorganischer Basis verwendbar. Versuche mit NR-Mischungen haben gezeigt, dass die einsetzende Reaktion mit der dielektrischen Analyse detektierbar ist. Im Vergleich zu rheometrischen Messungen besteht in der Regel ein Zeitversatz, der unter anderem auf die unterschiedliche Probengeometrie und den Unterschied zwischen chemischem und mechanischem Einfluss der Vernetzungsreaktion zurückzuführen ist. Abschließend findet eine Übertragung der Ergebnisse auf ein Sensorkonzept im Formwerkzeug statt. Durch verfahrenstechnische Untersuchungen gilt es zu klären, welche Positionierung in der Kavität sinnvoll erscheint, wie hoch die Belastbarkeit des Sensors in Bezug auf die auftretenden Scher- und Druckbelastungen ist und welche allgemeinen Konstruktionsrichtlinien abgleitet werden können.
Projektdaten und Dank
Das IGF-Vorhaben 22803N der Forschungsvereinigung Kunststoffverarbeitung wurde über das DLR im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Allen Institutionen gilt unser Dank.
Wir bedanken uns ebenfalls bei NETZSCH Process Intelligence GmbH für die Bereitstellung der DEA- Aanalytik und Momentive Performance Materials GmbH, Vorwerk Autotec GmbH & Co. KG, W. Köpp GmbH & Co. KG und Freudenberg FST GmbH für die Bereitstellung von Material, die Durchführung von Tests oder wissenschaftliche Begleitung.
Projektlaufzeit: 01.07.2023 – 30.06.2025
Projektpartner / Förderung:
