Neue Studie bietet Designrichtlinien für Thermoplastic-Composite-Umspritzen

Umspritzen ist eine Technologie, bei der ein Thermoplastic-Composite-Laminat thermogeformt und anschließend im Spritzguss umspritzt wird. Dieser Near-Net-Shape-Fertigungsprozess eignet sich gut für automatisierte Großserienfertigung komplexer 3D-Strukturen mit hervorragender struktureller Leistung und hohem Funktionsintegrationsgrad.

Der Industrie fehlen jedoch Prozessdesign-Tools. Auf diesen Bedarf reagierend, analysierten Forscher am ThermoPlastic composite Research Center (TPRC, Enschede, Niederlande) den Umspritzprozess, fokussiert auf die Haftfestigkeit zwischen dem umspritzen Composite-Laminat und dem injizierten Polymerharz/verstärkten Composites. Mit Prozessmodellierung und mechanischen Tests bewerteten sie sowohl einen Einzelschritt- als auch einen Zweischritt-Prozess. Die Ergebnisse zeigten deutlich unterschiedliche Prozessmechanismen und resultierende Materialstruktur und mechanische Leistung in den umspritzen Composite-Teilen.

Ausgehend von De Gennes' klassischer Reptationstheorie für Reptation und Heilung amorpher Polymere wurde ein alternativer Ansatz entwickelt, um die Festigkeitsentwicklung für teilkristalline Materialien zu beschreiben. Eine rudimentäre Beschreibung des Schmelzgrads wurde implementiert, um die Haftfestigkeit als Funktion der thermomechanischen Historie an der Grenzfläche während Formgebung und anschließendem Harzinjekt für PA6 und PEEK, beides teilkristalline Matrixmaterialien, vorherzusagen.

Der vollständige Artikel „Analysis of the Thermoplastic Composite Overmolding Process: Interface Strength“ findet sich in Frontiers in Materials. Mehr zu TPRCs Umspritzforschung hier.

Reptation

Eine 1971 von Pierre-Gilles de Gennes vorgeschlagene Theorie, später zum Röhrenmodell von Masao Doi und Sam Edwards erweitert. Sie beschreibt die thermische Bewegung langer Polymerketten in konzentrierten Lösungen und Schmelzen, postulierend, dass einzelne Polymerketten, durch ihre Nachbarn eingeschränkt, sich hauptsächlich entlang ihrer eigenen Konturen in schlangenartiger Bewegung fortbewegen. Daher der Name, abgeleitet vom lateinischen reptare, kriechen. Reptationsbasierte Modelle waren reportedly erfolgreich bei der Vereinbarung einer breiten Palette experimenteller Beobachtungen und stimmen weitgehend mit jüngeren computergestützten Ergebnissen überein.

REFERENZEN | „Activated reptation: Coupling of polymer dynamics to density fluctuations“ und „Reptation and Tube Model“ von polymerdatabase.com