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Bewertungsmethode von Füllstoffen für elektromagnetische Anwendungen in thermoplastischen Verbundwerkstoffen

  • Globale Entwicklungen haben zu einer neuen Ausrichtung in der produzierenden Industrie geführt. Ressourceneffizienz hinsichtlich Werkstoff und Energie sowie die Ausnutzung von Multifunktionalitäten eines Werkstoffs und/oder Produkts sind mögliche Schlagwörter in diesem Zusammenhang. Bezogen auf Werkstoffe führt dies zu neuen Entwicklungen, die oft auf der Kombination eines oder mehrerer Einzelkomponenten zu einem Verbundwerkstoff basieren. Im Fokus stehen hierbei nicht nur die finale Anwendung des Produkts, sondern auch Aspekte wie Produktionskosten, -zeiten oder Wiederverwertbarkeit. Induktive Heizverfahren erlauben hohe Heizraten, somit kurze Prozesszeiten und eine vergleichsweise hohe Energieeffizienz. Ihre Anwendung bei der Verarbeitung von insbesondere ungerichtet verstärkten Verbundwerkstoffen setzt voraus, dass Suszeptoren zur Umwandlung der elektromagnetischen in Wärmeenergie vorhanden sind. Die Auswahl entsprechender Suszeptoren ist eine wichtige Fragestellung, die in dieser Arbeit vor dem Hintergrund der Multifunktionalität untersucht wird. Oft beinhalten industriell verfügbare thermoplastische Compounds bereits Verstärkungsstoffe, die für die induktive Heizbarkeit geeignet sein können. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb basierend auf entsprechend kommerziell verfügbaren Compoundsystemen eine Bewertungsmethode entwickelt, die anhand von industriell relevanten und standardisiert messbaren Materialkennwerten – beispielsweise dem spezifischen Durchgangswiderstand – eine Aussage zur induktiven Heizbarkeit ermöglicht. Zum Einsatz kamen Kurzkohlenstoff- und Stahlfasern sowie Eisen- und Graphitpartikel in unterschiedlichen Konzentrationen und Kombinationen. Mit dem Durchgangswiderstand, der Dichte und der Wärmekapazität des Verbundwerkstoffs wurde ein Faktor ermittelt, der eine Korrelation mit der Heizrate aufweist, die mit einem industrierelevanten Induktionssystem experimentell gemessen wurde. Als eine wichtige Voraussetzung hat sich hierbei die Ausbildung eines perkolierenden Netzwerks, das sich aus den Verstärkungsstoffen zusammensetzt, gezeigt. Da dieses Netzwerk für eine Reihe von Anwendungsfällen relevant ist, leistet diese Arbeit einen Beitrag zur multifunktionellen Verwendung thermoplastischer Verbundwerkstoffe.

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Metadaten
Author:Kerstin Steidle
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-68274
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6827
ISBN:978-3-944440-47-7
Serie (Series number):IVW-Schriftenreihe (150)
Publisher:IVW-Verlag
Place of publication:Kaiserslautern
Advisor:Ulf Breuer
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2022/05/23
Date of Publication:2021/10/04
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2021/10/04
Date of the Publication (Server):2022/05/27
Tag:Füllstoff; Heizrate; Multifunktionalität
GND-Keyword:Elektromagnetische Induktion; Polymermatrix-Verbundwerkstoff
Number of page:VIII, 101
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 500 Naturwissenschaften
Collections:Universitätsbibliothek
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung (CC BY 4.0)