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Wie Kunststoffe mit verschiedenen Metallen verbunden werden können

Forscher der Fakultät für Maschinenbau der TU Chemnitz präsentierten neueste Forschungsergebnisse in den USA

Die Substitution von schwereren Metallen durch Kunststoffe in den verschiedensten Alltagsgegenständen schreitet überall voran. Das Spektrum der Kunststoffe ist dabei sehr breit gefächert. Eine interessante Frage ist dabei, wie diese Kunststoffe mit den verschiedensten Metallen verbunden werden können. Mit genau solchen Fragestellungen beschäftigen sich die Professur Schweißtechnik und die Professur Kunststoffe der Technischen Universität Chemnitz seit Jahren und arbeiten auch erfolgreich zusammen. Einige Ergebnisse aus dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Verbund-Projekt „Grundlagenuntersuchung zur Festigkeitssteigerung von Polymer-Metall-Mischverbindungen bei Kombination von mechanischem Fügen und Schmelzkleben“ wurden von Dr. Wolf Georgi und Eric Brückner auf dem 25. Polymerkolloquium in Madison/Wisconsin und der 75. ANTEC in Anaheim/Kalifornien vorgestellt.

Die ANTEC ist dabei die größte und renommierteste internationale Fachtagung im Bereich der Kunststoffe und wurde zum 75. Mal von der Society of Plastic Engineers (SPE) ausgerichtet. Im Wesentlichen ging es im vorgestellten Vortrag darum, ob das für Metall-Metall-Verbindungen etablierte Verfahren des Clinchens auch für Metall-Kunststoff Verbindungen geeignet ist. Typische Werkstoffe sollten dabei auf der einen Seite Tiefziehstähle und auf der anderen Seite der kurzfaserverstärkte Kunststoff Polyamid sein. Das Problem dabei ist, dass es sich beim Clinchen um ein sogenanntes kaltes Fügeverfahren handelt und die Fügepartner sehr hohen Umformgraden unterliegen. Für den Tiefziehstahl ist dies problemlos möglich, der Kunststoff jedoch befindet sich im unbehandelten Zustand in einem zeitlich reversiblen elastischen  Zustand. Das heißt, er versucht nach diesem umformenden Fügeverfahren zu relaxieren. Diesen Fakt zu unterbinden, war Kern der vorgestellten Forschungsergebnisse.

Einen anderen großen Forschungsbereich stellen duromere Kunststoffe dar, welche in einem weiteren Vortrag von Thomas Scheffler vorgestellt wurden. Er sprach über duroplastische Formmassen, welche aufgrund ihres komplexen Fließ-Härtungs-Verhaltens eine starke Abhängigkeit der Formteilqualität von den reaktiven und den viskosen Eigenschaften während der Verarbeitung aufweisen. In den vorgestellten Untersuchungen wurde mittels eines Messkneters die Abhängigkeit dieser Eigenschaften vom Füllstoffgehalt der rieselfähigen Formmasse, der Korngrößenverteilung und der vorhandenen Materialfeuchte detektiert. Hierfür wurden verschiedene Chargen von drei duroplastischen Formmassen hinsichtlich der Korngrößenverteilung untersucht, gezielt mit einer hohen Luftfeuchtigkeit beaufschlagt und hinsichtlich des Fließwiderstandes bei unterschiedlichen Knetkammertemperaturen vermessen. Im Ergebnis zeigte sich eine deutliche Abhängigkeit des Fließwiderstandes vom vorhandenen Füllstoffgehalt, der jeweiligen Formmassenzusammensetzung und des im Material vorhandenen Wassergehaltes, welche diskutiert und hinsichtlich Einflüsse auf den Spritzguss interpretiert wurden.

Weitere Informationen zu den vorgestellten Themen finden sich im Tagungsband der ANTEC (www.4spe.org).

Kontakt: wolf.georgi@mb.tu-chemnitz.de, eric.brueckner@mb.tu-chemnitz.de, thomas.scheffler@mb.tu-chemnitz.de

(Autor: Wolf Georgi)

Mario Steinebach
16.05.2017

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