Entwicklung einer Systematik zur Eigenschaftsvorhersage von Polyurethanschäumen unter Berücksichtigung der realen Schaummorphologie zur Verwendung in der Qualitätssicherung

Abstract

Der Reaktivkunststoff PUR wird hauptsächlich zu Schäumen verarbeitet. Anwendungen, wie Polster für Möbel oder thermische Isolationskomponenten, werden weitestgehend von KMU hergestellt. Wichtiger Faktor bei der Bewertung der Qualität dieser Bauteile ist die Schaummorphologie, die direkten Einfluss auf die Eigenschaften hat. Da aktuelle Materialmodelle die reale Schaummorphologie nicht in ihre Berechnungsgrundlage einbeziehen, können Bauteileigenschaften nur unzureichend vorhergesagt werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens war daher eine Systematik, die das halbempirische Materialmodell von Gibson-Ashby mit der real auftretenden Schaummorphologie verknüpft und damit die genauere Vorhersage der mechanischen Eigenschaften des Schaumstoffes unter Einbeziehung der Eigenschaften des Matrixmaterials ermöglicht. Diese Vorhersage kann in der Qualitätssicherung genutzt werden, um Ausschussbauteile zu identifizieren. Es wurde die Schaummorphologie mit Methoden der Bildverarbeitung charakterisiert, und relevante Größen, wie z.B. die Zellgrößenverteilung, wurden ermittelt. Mit Hilfe experimenteller Daten wurde die erarbeitete Systematik, die eine Auswertemethodik mittels Dunkelfeldaufnahmen, digitaler Bildverarbeitung sowie eines künstlichen neuronalen Netzes beinhaltet, validiert. Die Schaummorphologie wurde gezielt variiert, um den Einfluss auf die Eigenschaften des Bauteils zu quantifizieren. Darüber hinaus ist es möglich, durch Charakterisierung des kompakten Materials, eine Vorhersage für weitere PUR-Systeme auf Basis der realen Schaummorphologie durchzuführen. Es wurde somit eine Systematik entwickelt, die Herstellern von Schaumstoffprodukten ermöglicht, eine effiziente und kostengünstige Qualitätssicherung basierend auf objektiven Kriterien in ihre Produktion zu integrieren. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

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