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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Permeationseigenschaften und Mikrostruktur von lasergesintertem Polyamid 12

Donnerstag (19.09.2019)
17:30 - 18:00 Uhr Heyn
Bestandteil von:


Das Lasersintern (LS) von Kunststoffen wird weit verbreitet zur Herstellung individueller Produkte und Kleinserien eingesetzt. Die Qualifizierung lasergesinterter Kunststoffkomponenten für neuartige Anwendungsfelder, wie z. B. in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie, erfordert Kenntnisse über spezielle chemisch-physikalische Materialeigenschaften. So liegen bislang keine Informationen zum Stofftransport von Gasen und organischen Substanzen durch LS Strukturen vor. Im Rahmen der Forschungsarbeit werden die Permeationseigenschaften von LS Kunststoffmaterialien aus Polyamid 12 (PA12) gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf prozessspezifischen Limitierungen zur Herstellung dichter Strukturen mit minimaler Wandstärke.

Zur Bestimmung der Permeationseigenschaften werden runde Platten mit unterschiedlicher Wandstärke (700 – 2000 µm nominale Dicke) in unterschiedlichen Ausrichtungen im Bauraum (parallel, senkrecht und in einem Winkel von 45° zur Bauplattform) hergestellt. Als Vergleichsmaterial wird das beim LS eingesetzte PA12-Pulver zu einer extrudierten Folie verarbeitet. Ergänzend zu den Permeationsexperimenten erfolgt eine detaillierte Analyse der geometrischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der Kunststoffmaterialien unter Anwendung von Computertomographie, Dynamischer Differenzkalorimetrie und Röntgendiffraktometrie.

Überraschenderweise zeigen die LS Platten trotz vorhandener Porosität eine geringere Permeabilität gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf im Vergleich zur extrudierten PA12 Folie. Dies ist auf die ausgeprägte Kristallinität der LS Platten infolge des langsamen Abkühlens im Pulverkuchen zurückzuführen. Obwohl sich die LS Platten je nach Wandstärke und Ausrichtung im Bauraum deutlich hinsichtlich ihrer Porosität und Kristallstruktur unterscheiden, können keine signifikanten Abweichungen zwischen den für verschiedene LS Platten ermittelten Permeationskoeffizienten festgestellt werden. Offenbar weisen Löslichkeits- und Diffusionskoeffizienten für Sauerstoff und Wasserdampf jeweils gegenläufige Abhängigkeiten von den strukturellen Eigenschaften auf, was mit den üblichen Modellen zum Stofftransport in Polymeren nicht erklärt werden kann.

Die vorliegende Arbeit liefert somit erstmalig Materialkennwerte zu den Permeationseigenschaften von LS Kunststoffmaterialien aus PA12. Darüber hinaus werden neuartige Kenntnisse über Aufbau und Struktur dünnwandiger LS Kunststoffmaterialien erlangt.

Sprecher/Referent:
Anna Liebrich
Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Horst-Christian Langowski
    Technische Universität München
  • Prof. Dr. Regina Schreiber
    Hochschule für angewandte Wissenschaften Kempten
  • Prof. Dr. Bernd Pinzer
    Hochschule für angewandte Wissenschaften Kempten

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