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Ultrasound waves penetrate solid objects without damaging them. Their fields of application range from the imaging of internal organs in medicine, to interior testing of mechanical and chemical engineering components. However, ultrasonic systems can also be used to visualise the way the mechanical properties of reactive resins change during processing in the mould.
Ultraschallwellen durchdringen Festkörper, ohne sie zu schädigen. Der Einsatzbereich von Ultraschall reicht von der Darstellung der inneren Organe in
der Medizin bis zur Prüfung des Inneren von Bauteilen im Maschinen- und
Anlagenbau. Ultraschall-Systeme können jedoch auch genutzt werden, um
sichtbar zu machen, wie sich mechanische Eigenschaften von Reaktionsharzen
während ihrer Verarbeitung im Werkzeug verändern.
The curing conditions play an important role in the quality assurance of composite products.
Especially as composite materials are widely used in high tech areas so that they are required to fulfil high quality Standards. Some problems which occur during curing, for instance undercuring, can hardly be detected using Standard NDT investigations, mainly because they are manifested only at high temperatures, particularly close to glass-rubber-transition. On-line eure monitoring has the outstanding advantage that it can monitor the material parameters even at the highest temperatures possible.
In recent years eure monitoring with ultrasonic methods has become more populär. In comparison to dielectric methods mechanical parameters are measured directly. The quantities to be measured are the velocity and the attenuation of the sound wave. On this basis the storage and loss modulus can be calculated. Depending on the form of excitation with longitudinal or transversal waves these moduli are referred to as long wave or shear modulus.
Well developed Computer based technology and sensor materials are available in the non-destructive testing (NDT) market. The measuring equipment employed a commercial NDT System, which worked computer-aided. With a special Software the demands of automatic Operation under industrial conditions was accomplished. This measurement equipment was tested on composites. Its structure, performance and some practical results will be presented in the following paper.
Das Fließ-Härtungs-Verhalten von Duroplastformmassen wird gegenwärtig nur
unvollständig durch empirische Größen beschrieben. Diese ungenauen und
unsicheren Angaben können zu Schwierigkeiten bei der optimalen Einstellung
der Fertigungsmaschinen des Verarbeiters führen. Insbesondere Veränderungen
der Formmasseeigenschaften während des Transportes und der Lagerung stören
die Produktion. Das vorgestellte Messverfahren mit Ultraschall-sensoren ermöglicht
die schnelle und vollständige Erfassung des Fließ-Härtungs-Verhaltens, auch
während des technologischen Prozesses. Experimentelle Ergebnisse zu
Alterungs-erscheinungen dieser Formmassen illustrieren den Nutzen des
Verfahrens für Formmasse-produzenten und -verarbeiter.
Zusammenfassung
Der Ausgangspunkt für diese Arbeiten ist eine in [1] beschriebene Ultraschall-(US)-Sensorik zur Aushärtungskontrolle. Sie wurde für rieselfähige Formmassen entwickelt [2,3]. Darauf aufbauend ist es das Ziel der vorliegenden Arbeit, die Voraussetzungen für den Einsatz dieser Sensorik beim Harzinjektionsverfahren zu schaffen und ihre Kalibrierung durch rheologische und DSC-Messungen zu ermöglichen.
Der erste Teil des Beitrages beschäftigt sich mit dem technologischen Ablauf des Harzinjektionsverfahren und den Einsatzmöglichkeiten der US-Sensorik bei dieser Technologie. Ergebnisse von Schallgeschwindigkeits- und Dämpfungsmessungen für EP-Harze werden vorgestellt.
Im zweiten Teil wird auf das Kalibrieren der US-Sensorik für den Verarbeiter eingegangen. Es kann mittels der bisherigen Prozessführung oder durch Vergleich mit den Ergebnissen anderer Mess-Verfahren wie Rheometer- oder Differential-Scanning-Calerometry-(DSC)-Messungen erfolgen.
Ultrasound on-line NDT methods have been demonstrated as a useful tool for monitoring the curing reaction of thermosets. In order to achieve this ultrasound sensors are incorporated into compression, injection and RTM (resin transfer) mould. For many commercial products imprints or any surface markings upon the moulded product are undesirable. Due to its physical properties ultrasound has a large advantage over other techniques for similar applications. The sound wave can pass through the wall of the mould and direct contact with the moulded part is not required. In this particular case one fundamental problem is a good coupling of the sensors to the mould wall. Several mediums came into question but because of the high technical (e. g. temperature and long time stability) and practical demands, it was decided that dry (non-fluid) coupling would be the most promising candidate. A handful of coupling foils suitable also at high temperatures and for long time application under industrial conditions were tested and are presented in this paper.
The temperature dependences of dielectric permittivity and elastic modulus of poly(vinylidene fluoride - hexafluoropropylene) (P(VDF-HFP)) are compared and explained by use of structural data obtained by differential scanning calorimetry and X-ray analysis. Special emphasis is put on the effect of uniaxial stretching which renders the polymer ferroelectric. It is shown that dielectric and mechanical relaxations at the glass transition (aa relaxation) are closely related and not significantly affected by stretching. It is further confirmed that stretching destroys the non-polar spherulitic crystalline structure and produces relatively small-sized polar crystallites. This manifests in the disappearence of the so-called ac relaxation which is associated to molecular motions within the spherulitic crystalline lamellae. However, there are discrepancies between dielectric and mechanical losses above the glass transition which point towards a still not described structural transition.
Ferroelektrete sind zelluläre polarisierte Polymere, die ferroelektrische und dadurch auch piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Unter anderem werden sie für den Bau von Mikrofonen und Ultraschallwandlern für Materialprüfung eingesetzt. Dabei erweist sich ihre besonders niedrige akustische Impedanz als Vorteil. Ursache dafür ist vor allem ihr außergewöhnlich niedriger Elastizitätsmodul in Dickenrichtung. In diesem Beitrag werden zwei Methoden für die Ermittlung des Elastizitätsmoduls des geladenen zellulären Polypropylens (zPP) dargestellt. Die erste ist eine neuartige modellgestützte Methode mittels Laservibrometrie an dem eigenentwickelten Polypropylen-Wandler, wobei die Resonanzschwingung des Wandlers bei 250 kHz gemessen wird.
Die zweite Methode ist dynamisch-mechanische Analyse (DMA) durchgeführt mit Frequenzen von 0,3 bis 50 Hz, erstmalig für das zPP angewendet.
Today rubber is due to its unique property profile one of the most important materials for the production of bearings, dampers or also tires and tubes. In the production of rubber goods a chemical cross-linking reaction (vulcanisation) generates the final material properties. This process takes place during the shape giving of the rubber compound in the mould and can proceed for several minutes. The cross-linking process is influenced by the mixture of the basic polymer, the cross-linking agent, the influence of catalysts and inhibitors and especially the processing conditions. The quality of every ingredient, the reproducibility of the mixing ratio, the homogeneity of the mixture and the accurateness in temperature control can have a direct influence on the cross linking reaction. To control the quality of a rubber compound and verify the processing conditions in industry moving die rheometers, named curemeter, are involved in the production process. Starting from our experience in cure monitoring of thermosetting materials by measuring ultrasound velocity in the mould we extended the measuring principle to rubber vulcanisation monitoring. After first investigations using a compression mould we dealt here with on-line monitoring of vulcanisation in an injection moulding process which is one of the most used techniques in rubber industry.
Aufgrund ihrer einfachen und zuverlässigen Anwendung werden Elastomere für viele Dichtungsaufgaben eingesetzt. In vielen Anwendungsbereichen, wie z.B. Verkehr, Luftfahrt und Verfahrenstechnik, können während des Einsatzes tiefe Temperaturen auftreten, bei denen die Funktionsfähigkeit der Dichtung erhalten bleiben muss. Daher ist die Untersuchung des Verhaltens von Elastomerdichtungen bei tiefen Temperaturen wichtig, um ihren Temperatureinsatzbereich nach unten abzugrenzen und dadurch einen verlässlichen Betrieb zu sichern. Ziel dieser Arbeit ist es, den sicheren Einschluss von gefährlichen Gütern unter verschiedenen Umgebungsbedingungen und über lange Zeiten zu ermöglichen bzw. die Materialauswahl entsprechend zu steuern.
Rubbers are often used for seal applications due to their special material properties and easy use. In many applications the material is exposed to low temperatures during Operation. Therefore it is important to know the material behavior at low temperatures to determine the temperature ränge that allows a Safe Operation of the seal, e.g. in storage and transport Containers for radioactive materials.
The seal function of an elastomer is limited in temperature by the rubber-glass transition during which the material properties change from rubber-like to stiff and glass-like. For a given application this correlation is not trivial and therefore needs an in-depth investigation under consideration of the physical properties and the
application conditions.
In this work different analytical methods are used to characterize the material behavior at low temperature in the ränge of the glass-rubber-transition and are compared with the quality of Operation of a component which is here defined by the detected leakage rate.
The investigation of low temperature properties of elastomeric sealing materials by means of thermo-analytical methods is a sound way to get information about the glass transition process.
The breakdown temperature of the sealing function of O-ring seals was measured in a component test setup depending on material and degree of compression.
An in depth explanation of the observed component tests behaviour is currently in preparation. It requires the results of thermo-analytical methods and measurements as the compression set (not shown here). With that, a model was developed to describe the correlation between physical material parameters and observed component behaviour.
Für Elastomenwerkstoffe im Allgemeinen und im Bereich der Dichtungstechnik im Besonderen ist der Druckverformungsrest eine wichtige Kenngröße zur Beurteilung der Eignung eines Werkstoffs bzw. der Funktion eines Bauteils. Er ermöglicht eine Einschätzung des zeitabhängigen Rückstellverhaltens eines Werkstoffs nach Deformation. Dieses ist für Dichtungen von besonderer Bedeutung, da der Test deren Einbauzustand nachstellt.
Oft wird er, bei der Prüfung unter erhöhten Temperaturen, zur Beurteilung des Alterungsverhaltens verwendet und kann anhand eines definierten Versagenskriteriums zur Lebensdauerabschätzung eingesetzt werden. Bei tiefen Temperaturen dient er dazu, die limitierende Einsatztemperatur zu bestimmen. Dabei spielt eine Alterung im eigentlichen Sinne nur eine untergeordnete Rolle, wohl aber physikalische Effekte wie Tieftemperaturkristallisation und Glasübergang. Diese Effekte sind weit weniger durch lange Lagerzeiten beeinflusst als die eigentliche Alterung.
Die Versuchsdurchführung unterscheidet sich je nach angewandter Norm und kann einen deutlichen Einfluss auf den Druckverformungsrest haben. Alle standardisierten Methoden sind aufgrund der langen Lagerzeiten relativ langwierig und erfordern das regelmäßige Eingreifen durch den Prüfer. Zusätzlich sehen einige Methoden nur die Bestimmung eines einzelnen Wertes nach einer definierten Zeit vor.
Um die Messungen zu beschleunigen wurde eine Methode entwickelt, die automatisch die erforderlichen Messungen bei mehreren Temperaturen durchführt.
Dazu wird ein Prüfgerät der Dynamisch Mechanischen Analyse verwendet, das kontinuierlich die Deformation während eines frei programmierbaren Temperaturzyklus misst, wodurch eine sehr große Datenmenge verfügbar ist.
Ein Vergleich der neuen Methode mit den Ergebnissen des nach ISO 815 genormten Messprinzips ergibt eine gute Übereinstimmung. Ergebnisse der neuen Methode werden vorgestellt und die Vorzüge der kontinuierlichen Datenerfassung, z.B. für die Materialauswahl, diskutiert.
Die vorgestellten Ergebnisse beziehen sich zum großen Teil auf die in beschriebenen Untersuchungen und Ergebnisse.