“One Stop Solution”
Kompetenzen und technische Anwendungen
Elastomere Bauteile und Komponenten werden in unterschiedlichsten Anwendungen, teilweise unter extremen Einsatzbedingungen eingesetzt. Lediglich ein kompletter Überblick über die Wertschöpfungskette (von der Verarbeitung und Compoundherstellung bis hin zu speziellen Charakterisierungsmethoden unterschiedlicher Materialeigenschaften) führt zu einem umfangreichen Verständnis des Materialverhaltens in der Anwendung, aufgrund der hohen Anzahl an Mischungsbestandteilen und deren Komplexität.
Mit mehr als 10 Jahren Erfahrung im Bereich von Elastomeren und Thermoplasten, unterstützen unsere Experten bei der Materialauswahl und Entwicklung neuer Materialien und Mischungen für extreme Einsatzgebiete. Neben der Materialauswahl, spielt ein robuster Verarbeitungsprozess (z.B. Spritzguss) des gewählten Materials eine essentielle Rolle, um eine konstante Bauteilqualität für herausfordernde Anwendungen zu garantieren. Deshalb umfasst das Knowhow Kompetenzen im Verarbeitungsbereich für Elastomere und Thermoplaste, sowie Techniken des Schäumens und der additive Fertigung. Die bruchmechanische Analyse und die Ableitung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen repräsentieren abschließend einen essentiellen Teilbereich um die Materialeigenschaften und die Bauteilperformance in der Anwendung interpretieren zu können. In diesem breiten Bereich der Materialcharakterisierung bietet die PCCL GmbH Unterstützung mit standardisierten Prüfmethoden (z.B. Zugversuche, DMA, Weiterreißwiederstand), Evaluierung der Langzeiteigenschaften (z.B. Kriechen, Relaxation) sowie der zyklischen Charakterisierung und Untersuchungen im Hochgeschwindigkeitsbereich bis zu 20m/s. Darüber hinaus, können tribologische Fragestellungen mit modularen Prüfaufbauten (sowohl linear als auch in torsional) für die Analyse von Reibung und Verschleiß realisiert werden.
Durch das umfassende Wissen im Bereich des Materialaufbaus, der Verarbeitung sowie der Prüfung unter anwendungsrelevanten Bedingungen, unterstützt die PCCL GmbH die Implementierung von neuen Konzepten, Designs sowie die Realisierung von innovativen Produkten und Erschließung neuer Absatzmärkte.
Wissenschaftlicher Ansatz
Das Zusammenspiel und Verständnis der Material- und Bauteileigenschaften sowie des Verarbeitungsprozesses wiederspiegelt eine unabdingbare Voraussetzung, um elastomere Werkstoffe unter extremen Einsatzbedingungen erfolgreich implementieren zu können.
Im Feld der Elastomerverarbeitung kann die Materialviskosität direkt mit einem In-line Rheometer bestimmt werden, um die Schereigenschaften direkt im Werkzeug an einer Spritzgießmaschine zu bestimmen. Im Vergleich zur experimentellen Ermittlung der Fließeigenschaften im Labor kann dadurch die Simulation des Fließverhaltens signifikant verbessert werden. Um das Fließverhalten während der Dosierphase weiter zu vertiefen, wurde ein Prüfstand implementiert, welcher die Möglichkeit eröffnet den Druckaufbau sowie den Energieeintrag in das Material zu untersuchen. Weiterführend werden unterschiedliche Prozessparameter (z.B. Dosiermoment, Energieeintrag während des Einspritzprozess, unterschiedliche Temperaturen) verwendet um das Verhalten der Elastomermischung während des Verarbeitungsprozesses zu erfassen und die Materialeigenschaften des fertigen Bauteils abzuleiten. Mittels einer direkten Adaptierung der Prozessparameter zwischen den Einspritzzyklen, kann somit eine sich selbst optimierende Spritzgießmaschine erreicht werden.
Ein weiterer wichtiger Parameter im Bereich der Elastomertechnologie wird durch das Vernetzungsverhalten sowie die Vernetzungsdichte repräsentiert. Letztere kann gezielt durch Optimierung der Heizzeit beeinflusst und mittels z.B. Compression Set und dynamischer Charakterisierung bestimmt werden. Im Bereich einer tiefer greifenden Analyse werden Quellversuche mit anschließender Berechnung der Vernetzungsdichte unter Ausnützung der Flory-Rehner Gleichung in Kombination mit einer „Solid State Double Quantum“ Kernspinresonanz durchgeführt.
Neben der Verarbeitung spielt der Einfluss der thermisch oxidativen Alterung eine wichtige Rolle mit Auswirkungen auf die physikalisch-chemischen Struktur sowie auf die mechanischen Eigenschaften. Beispielsweise treten bei HNBR unter einem Einsatz bei erhöhten Temperaturen (bis zu 170°C) folgende 2 Effekte auf: (1) ein signifikanter Abbau der Polymerkette und (2) eine Zunahme der Vernetzungsdichte. Wie vorab beschrieben können diese Effekte mittels z.B. Quellung bestimmt werden und deren Auswirkung auf Zugeigenschaften, dynamischen Materialeigenschaften sowie das Risswachstum unter hohen Dehnraten (bis zu 5m/s) mit z.B. SENT (single edge notched tension) Prüfkörpern erfasst werden. Für die Charakterisierung des Risswachstumsverhaltens sowie der Dehnung an der Prüfkörperoberfläche werden unterschiedliche Kamerasysteme (z.B. Hochgeschwindigkeitskamera bis 675.000fps) mit anschließender digitalen Bildanalyse verwendet.
Die Anwendbarkeit von Polymerwerkstoffe, z.B. als Dichtungen, hängt stark von Reibung und Verschleißcharakteristiken (adhäsiver/abrasiver Verschleiß und Ermüdungsverschleiß) ab. Für die Charakterisierung dieser Effekte wird ein speziell entwickelter Ring on Disk Probekörper auf einem Rotationstribometer (TE 93) in unterschiedlichen Schmierungszuständen (trockener, initial geschmierter und voll geschmierter Kontakt) geprüft. In Kombination mit der Charakterisierung des Materialverhaltens (Uniaxial, Biaxial und Scherzustand) können Simulationsmodelle zur Beschreibung des Kontaktdrucks und der Deformation unterschiedlicher Dichtungslippengeometrien aufgebaut werden. Darüber hinaus erfolgt die Schadensanalytik mittels Rasterelektronenmikroskopie in Kombination mit Lichtmikroskopie und der Bestimmung der Prüfkörper sowie Gegenkörper Rauheit.
Die wissenschaftliche Anerkennung des Bereichs ist durch eine Vielzahl an Publikationen in international anerkannten Journalen und Konferenz-Proceedings in den letzten Jahren, sowie die aktive Teilnahme an weltweit stattfinden wissenschaftlichen und technologischen Konferenzen dokumentiert. Diesbezüglich kann der World Tribology Congress, die ECOTRIB, die Polytrib, die Polymer Processing Society Konferenz, das Kautschuk Herbst Kolloquium, die Deutsche Kautschuktagung und die Deutsche GFT Fachtagung, die International Rubber Conference, die RubberCon, die European Conference of Fracture, die Foams Konferenz sowie der International Mechanical Engineering Congress & Exposition hervorgehoben werden.
Der Bereich Elastomertechnologie und Prozessoptimierung umfasst umfangreiche Aspekte entlang der Wertschöpfungskette. Somit können Struktur-Eigenschaftsbeziehungen basierend auf einem tiefreichenden Wissen über Materialien, Verarbeitungstechnologien und unterschiedlicher Charakterisierungsmethoden abgeleitet werden.
Arbeitsgruppen
Der Forschungsbereich „Elastomertechnologie und Prozessoptimierung“ gliedert sich in zwei Arbeitsgruppen:
