Details

Autor(en) / Beteiligte

• Wortmann, Martin
• Moritzer, Elmar[Akademischer Betreuer]
• Hüsgen, Bruno[Akademischer Betreuer]

Titel

Untersuchung und Prävention der Alterung von Silikon-Gießwerkzeugen beim Polyurethan-Vakuumgießen : = Investigation and prevention of the aging of silicone molds in polyurethane vacuum casting

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2021

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• Hochschulschriften Visual Library - Scan2Web Hochschulschriften UB Paderborn (s2w-hsspadubpb)
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Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 18.06.2021
• Open Access
• ger: Das Vakuumgießen von Polyurethan (PUR) ist ein industriell weitverbreitetes Verfahren zur Herstellung von Prototypen und Kleinserien. Dabei wird zur Vervielfältigung eines Urmodells ein Gießwerkzeug aus Silikon hergestellt. In dieses wird dann ein reaktives PUR-Gießharz gefüllt, welches aus den zwei Komponenten Isocyanat und Polyol besteht. Aufgrund der Diffusion des Isocyanats in die Silikon-Oberfläche, kommt es zur Alterung des Silikons, was nach wenigen Gießzyklen zur Beschädigung der Werkzeugkavität führt. Obwohl das Verfahren seit Jahrzehnten industriell eingesetzt wird, gab es bisher kaum eine wissenschaftliche Auseinandersetzung mit der Thematik. Deshalb liefert diese Arbeit eine eingehende materialwissenschaftliche Analyse der Alterung von Silikon-Gießwerkzeugen beim Polyurethan-Vakuumgießen. Dabei werden die wichtigsten Einflussfaktoren sowie die chemischen Mechanismen auf molekularer Ebene erklärt und die makroskopischen Erscheinungsmerkmale der Alterung quantifiziert. Die Polymerisation des absorbierten Isocyanats innerhalb des Silikons mit eingelagertem Wasser zu Polyharnstoff führt zur sukzessiven Alterung und schließlich zur Beschädigung des Gießwerkzeugs unter Entformungsspannungen. Zur Beschreibung des nicht-Fick‘schen Diffusionsprozesses werden verschiedene mathematische Modelle vorgestellt. Weiterhin werden verschiedene Methoden zur Prävention der Alterung vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für das Vakuumgießen experimentell untersucht. Mit Hilfe von Beschichtungen und Füllstoffen konnten im Labormaßstab bereits vielversprechende Resultate erzielt werden, die den Grundstein für eine signifikante Erhöhung der Werkzeugstandzeit legen.
• eng: Vacuum casting of polyurethane (PUR) is an industrially well-established process for the production of prototypes and small batches. For the replication of the master pattern, a silicone casting mold is manufactured. A reactive PUR casting resin is then poured into the mold, which consists of the two components isocyanate and polyol. The diffusion of the isocyanate into the silicone surface causes aging of the silicone, which leads to damage of the molds cavity after a few casting cycles. Although the process has been used industrially for decades now, there has so far been hardly any scientific examination of the subject. This thesis therefore provides an extensive materials science analysis of the aging of silicone molds in polyurethane vacuum casting. The most important influencing factors as well as the underlying chemical mechanisms are explained on a molecular level and the macroscopic manifestations of the aging are quantified. The polymerization of the absorbed isocyanate within the silicone with embedded water to form polyurea leads to successive deterioration of the mechanical properties and finally to material breakdown under demolding tension. Various mathematical models are presented to describe the non-Fickian diffusion process. Moreover, different methods for the prevention of the ageing process are introduced and examined experimentally regarding their suitability for vacuum casting. Using coatings and fillers, promising results have been obtained on a laboratory scale, which lay the foundation for a significant increase in the molds service life.