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2021
Bachelor Thesis
Titel
Messung der Abzugskräfte im Pultrusionsprozess in Abhängigkeit von Werkzeugbeschichtung und Harzsystem
Abstract
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Abzugskräfte bei der Herstellung von Glasfaserverstärkten Profilen mittels Pultrusion gemessen. Dabei wurden drei Pultrusions-Werkzeuge mit jeweils unterschiedlicher Beschichtung verwendet. Eines der Werkzeuge ist mit der in der Pultrusion meistens verwendeten Hartchrom Beschichtung versehen; dieses dient als Referenz. Eines der anderen Werkzeuge wurde chemisch vernickelt (Nedox SF-2), das dritte Werkzeug ist plasmabeschichtet mit Titan-Aluminiumnitrid (Topmatic+TiN). Es wurde dabei untersucht, welchen Einfluss die Beschichtungen auf die Abzugskraft und die Profiloberfläche haben. Vor den Pultrusionsversuchen wurden die exakte Kavitätshöhen und die Oberflächenrauheiten der Kavitäten bestimmt. Durch (minimal) unterschiedliche Kavitätshöhen muss die Anzahl der Rovings unterschiedlich gewählt werden, um einen gleichen Faservolumengehalt bei allen drei Werkzeugen zu gewährleisten. Die Qualität der Kavitäts-Oberflächen wurde mithilfe einer genormten taktilen Messung (Tastschnittverfahren) und einer optischen Messung mithilfe von Laserlicht (Streulichtverfahren) ermittelt, wobei sich unterschiedliche Reihenfolgen bezüglich der Oberflächenqualität der Kavitäten zwischen den Verfahren ergaben. Bei der taktilen Messung schnitt die Nedox SF-2 Beschichtung am schlechtesten ab, während bei der optischen Messung die Topmatic+TiN die schlechtesten, also die höchsten Rauheitskennwerte aufweist. In beiden Fällen war die Hartchrom Beschichtung die Beste. Die gemessenen Abzugskräfte stehen dabei jedoch in direkter Korrelation zu den mittels Streulichtverfahren ermittelten Rauheitswerten. Die Pultrusion im Werkzeug mit den höchsten-mit Streulichtverfahren - gemessenen Rauheit erforderte die höchste Abzugskraft. Die Rauheit der pultrudierten Profile hingegen korreliert besser mit den taktil gemessenen Rauheitskennwerten der Kavitäten. Die in dem Hartchrom beschichteten Werkzeug hergestellten Profile hatten die beste Oberflächenqualität. Somit hat das Hartchrom Werkzeug sowohl hinsichtlich der geringen Abzugskraft als auch der guten Profiloberfläche überzeugen können. Unabhängig von der Beschichtung und den beiden untersuchten Harzsystemen (Vinylester und Epoxy-Anhydrid) hat die Messung der Abzugskraft gezeigt, dass diese mit steigender Abzugsgeschwindigkeit zunimmt.
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In this work, the pull force during the production of glass fiber reinforced profiles by pultrusion were measured. Three pultrusion dies were used, same outside dimensions, same steel-alloy, but each with a different coating of the cavity. One of the dies is coated with the hard chrome coating. This type ist most used in pultrusion; it serves as a reference. One of the other tools was chemically nickel-plated (Nedox SF-2) and the other tool is plasma-coated with titanium aluminum nitride (Topmatic+TiN). The influence of the coatings on the pull force and the surface of the pultruded profiles surface was investigated. The cavities of all three dies had a nominal dimension of 30 x 4,00 mm, but prior to the pultrusion tests, the exact heights of the cavities were determined. Due to (slightly) different cavity heights (actual heights: 4,12 / 4,21 / 4,23 mm), the number of glassfibre-rovings must be chosen differently to ensure the same fiber volume content in all three molds. The quality of the cavity surfaces (roughness) was determined with the aid of a standardized tactile measurement (stylus method) and using an optical measurement (scattered light method), whereby different rankings with regard to the surface quality of the cavities were obtained between the methods. In the tactile measurement, the roughness of Nedox SF-2 coating was highest, while in the optical measurement the Topmatic+TiN had the highest roughness characteristics. Both measurement methods showed lowest / 'best' roughness for the hard chrome coating. The pull forces measured during pultrusion are in direct correlation with the roughness values determined by means of the scattered light method. The the highest pull force resulted from pultrusion in the mold with the highest roughness-measured by scattered light method. The roughness of the pultruded profiles, on the other hand, had better correlation with the tactilely measured roughness values of the cavities. The profiles produced in the hard chrome coated mold had the best surface quality Thus, the hard chrome tool was convincing in terms of both low pull force and good profile surface finish. Regardless of the coating and the two resin systems investigated (vinyl ester and epoxy anhydride), the measurement of the pull-off force showed that it increases with increasing pull-off speed.
ThesisNote
Karlsruhe, Inst. für Technologie (KIT), Bachelor Thesis, 2021
Verlagsort
Karlsruhe