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Einfluss der Verarbeitungsparameter beim Thermoformen auf Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von Polyethylenterephthalat
(2008) Liebing, David; Eyerer, Peter (Prof. Dr.-Ing.)
Das Thermoformen ist ein seit langem etabliertes, wenngleich relativ unbekanntes und technologisch nicht sehr weit fortgeschrittenes, Fertigungsverfahren. Einstellungen von Prozessparametern und sogar Weiterentwicklungen finden auf Basis jahrelanger Erfahrungs-werte statt bzw. werden empirisch ermittelt. Hier ist eine Sättigungsgrenze erreicht worden, d.h. weitere Entwicklungen sind nur noch mit großem Aufwand durchzuführen. Um den Bedürfnissen des Marktes gerecht zu werden oder sogar neue Märkte zu erschließen, ist es notwendig, den Thermoformprozess reproduzierbarer zu gestalten und eingehender zu untersuchen. Neueste Trends in der Maschinenbauindustrie (instrumentierte Maschinen, Einführung von Maschinenregelungen statt –steuerungen, ...) weisen in die richtige Richtung. In dieser Arbeit wurden Formteile in einem Verfahren hergestellt, das dem Thermoformen in industriellem Maßstab ähnelt, aber bezüglich der Temperaturführung sowie der Umform-geschwindigkeit wesentlich definierter ist. Hierzu ist eine servohydraulische Universal-maschine zum Einsatz gekommen, die Temperierung des Halbzeuges wurde mittels Konvektion anstelle der industriell üblichen Infrarotstrahlung vorgenommen. Durch Variation der Prozessparameter in einem sehr weiten Bereich ist sichergestellt, dass alle relevanten Einstellungen abgeprüft werden konnten. Die auf diese Art und Weise definiert hergestellten Formteile sind hinsichtlich ihrer Mikrostruktur sowie ihrer mechanischen Eigenschaften untersucht worden. Diese Werkstoff-kennwerte wurden in Zusammenhang mit den Verarbeitungsparametern gebracht, wodurch relevante Parameter identifiziert werden konnten. Zwischen der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften konnte kein direkter Zusammenhang hergestellt werden. Um eine Vorhersage der für die Auslegung der Formteile wichtigen mechanischen Kennwerte treffen zu können, ist zunächst ein etabliertes Werkstoff-modell verwendet worden. Da dieses keine befriedigenden Ergebnisse liefert, ist eine Erweiterung des Modells um die Orientierungskennwerte sowohl der amorphen als auch der kristallinen Phase eingeführt worden. Dadurch konnte die innere Anisotropie der vorliegenden Proben berücksichtigt werden. Zur Vorhersage sowohl der mechanischen Eigenschaften als auch der Mikrostruktur als Funktion der Prozessparameter wurde der phänomenologische Ansatz der multiplen nichtlinearen Regression gewählt. Die Ergebnisse dieser Versuchsanalyse sind zufrieden-stellend und ermöglichen die direkte Vorhersage sowohl der mechanischen Eigenschaften als auch der Mikrostruktur, die wiederum weitere wichtige Formteileigenschaften wie Optik oder Barriereeigenschaften beeinflusst.