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Studienbereiche

Hier finden Sie nähere Informationen zum Inhalt des Studiums.

A Grundlagen der Chemie und Technologie Kautschukartiger Werkstoffe

A.1 Synthese und Strukturen von Polymeren (1 SWS*)

  • Chemische Bindung (Konstitution, Konfiguration, Konformation, Taktizität)
  • Grundzüge der chemischen Synthese von Polymeren und der Kinetik von Polymerisationsreaktionen (Stufenwachs-tumsreaktionen und Kettenwachstumsreaktionen, Überträger, lebende Polymerisation)
  • Copolymere (statistisch, Pfropf- und Blockcopolymere)
    Polymerisationstechniken (u.a. Emulsionspolymerisation, Lebend anionische Polymerisation)
  • Vernetzte Polymere (chemische und physikalische Vernetzung, Entropieelastizität)
  • Einführung in die Thermodynamik von Polymerlösungen, Polymerschmelzen und Polymermischungen
  • Zusammenhänge zwischen chemischer Konstitution und physikalischen Eigenschaften von Polymeren

A.2 Elastomermischungen ohne und mit Zuschlagstoffen (1 SWS*)

  • Grundlagen der Verträglichkeit von Polymeren
  • Methoden zur Beurteilung der Verträglichkeit und Phasenmorphologie
  • Thermodynamische und rheologische Einflüsse auf die Phasenmorphologie
  • Grenzflächen
  • Polymer-Füllstoff-Wechselwirkung
  • Auswirkungen der Dispersion und Verteilung von nanoskaligen Füllstoffen auf Vulkanisateigenschaften

A.3 Analyse von Polymeren und Elastomeren (1 SWS*)

  • Strategie und Methoden zur Elastomeranalyse und zur Rohstoffcharakterisierung
  • Grundlagen von Analysenmethoden
  • Bestimmung von Polymeren, Füllstoffen und niedermolekularen Elastomerinhaltsstoffen, (z. B. Beschleuniger, Alterungsschutzmittel, Weichmacher, Verarbeitungshilfsmittel)
  • Charakterisierung der Mikrostruktur und Molmasse von Polymeren
  • Chemische Charakterisierung von Netzwerken
  • Umwelt-/Gefahrstoffanalytik im Bereich Elastomere
  • Schadensanalyse
  • Grundlagen zur Qualitätssicherung in der Analytik
  • Praktische Übungen/Demonstrationen

A.4 Physikalische Eigenschaften von Polymeren (1 SWS*)

  • Lineares viskoelastisches Verhalten
  • Empirische und molekulare Beschreibung mechanischer Relaxationsvorgänge
  • Der Glasprozess
  • Äquivalenz von Frequenz und Temperatur
  • Einfluss molekularer Größen wie Molekulargewicht, Netzstellenstrukturdichte, Wechselwirkung mit Füllstoffen auf makroskopische Eigenschaften
  • Deformationsverhalten im nichtlinearen Deformationsbereich
  • Theorien zur Elastomerelastizität, Weiterreißverhalten von Netzwerken auf Basis des Griffithschen Energiekriteriums

*1 SWS = 1 Semesterwochenstunde entspricht 12 Vorlesungen à 45 Minuten.

B Chemie und Technologie des Kautschuks

B.1 Herstellung und Eigenschaften natürlicher und synthetischer Kautschuke (1,5 SWS*)

  • Reifenkautschuke (NR, IR, E-SBR, SSBR)
  •  Spezialkautschuke (CR, NBR, EPDM, (X)IIR
  • Spezialitäten (HNBR, FKM, EVM, Q)
  • TPEs
  • Nomenklatur
  • Kautschukmarkt
  • Chemische und technische Aspekte großtechnischer Produktionsverfahren sowie einzelner Verfahrensschritte, wie Emulsionspolymerisation, Lösungspolymerisation, Dispersions-/Slurrypolymerisation
  • Polymermodifikation
  • Radikalische, anionische, kationische und Ziegler/Natta- Polymerisation
  • Homo-, statistische Copolymere, Blockcopolymere
  • Chemische Einheitlichkeit
  • Möglichkeiten zur Beeinflussung der molekularen Struktur von Polymeren und Konsequenzen für die Rohkautschuk und Vulkanisateigenschaften

B.2 Technologie der Elastomerverarbeitung – Compounding, Füllstoffe, Chemikalien

B.2.1 Vulkanisation (1 SWS*)

  • Vulkanisation mit Schwefel, Thiazole und Sulfenamide
  • Beschleuniger für die Vulkanisation
  • Vulkanisationsharze
  • Halogene als Vulkanisationsbindung
  • Vernetzung mit Peroxiden

B.2.2 Anwendungsbezogene Rezepturgestaltung und Compounding zur Elastomerherstellung (2 SWS*)

  • Werkstoffentwicklung bzw. Compounding als Spezifikum der Kautschukindustrie
  • Vernetzung von Kautschuken zu Elastomeren
  • Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften von Vernetzungsgrad/-art und von Rezepturbestandteilen
  • Bindung von Elastomerwerkstoffen an Festigkeitsträgern
  • Herstellung von Gummi-Metall-Formteilen
  • Herstellen von Kunststoff-Elastomer-Verbundsystemen
  • Compoundingübungen

B.2.3 Füllstoffe in der Elastomertechnologie (1 SWS*)

  • Grundzüge der Vulkanisation
  • Vernetzungsdichte und Rheometrie
  • Nomenklatur von Füllstoffen
  • Märkte
  • Herstellung von Industrierußen, Silica und Silanen
  • Morphologische und chemische Charakterisierung von Industrierußen und Silica
  • Verstärkungsmechanismus von Füllstoffsystemen
  • Funktionsmechanismus und Einsatzmöglichkeiten von Silanen

B.2.4 Chemische Reaktionen in der Elastomerverarbeitung (1 SWS*)

  • Thermooxidative Alterung (Reaktionsmechanismen, Antioxidantien, Metalldesaktivatoren)
  • Photooxidative Alterung (Reaktionsmechanismen, UV-Absorber, Quencher)
  • Ozonolyse (Reaktionsmechanismus, Ozonschutz)
  • Verbrennungsprozesse (Modelle, Reaktionen, Flammschutz)
  • Verarbeitungshilfsmittel (Gleitmittel, Weichmacher, Verträglichmacher)
  • Coagenzien

B.2.5 Umweltrelevante Aspekte bei Compounding und Entsorgung (1 SWS*)

  • Allgemeine Übersicht
  • Umwelt als Aspekt der Unternehmensführung
  • Gesetzliche Regelungen
  • Gefahrstoffe in der Kautschukindustrie
  • Vermeidung von Belastungen
  • Verwertungsmethoden und Recycling-Verfahren
  • Umweltnormen und Öko-Audits

B.3 Festigkeitsträger für Elastomerprodukte (1 SWS*)

  • Faserpolymere (Textil) und Stahl als Basis für Festigkeitsträger in der Elastomermatrix
  • Chemische Zusammensetzung, Herstellung und Vergleich der Eigenschaften
  • Spinnverfahren, Ziehprozesse sowie Kordieren
  • Weben und Oberflächenaktivierung
  • Haftsysteme und Testmethoden
  • Produktadaptierte Konstruktionen und wesentliche Anwendungsgebiete

B.4 Verfahren zum Prüfen von Kautschuk und Elastomeren (1 SWS*)

  • Interpretieren von Prüfergebnissen im Hinblick auf die Aussagefähigkeit über das Verhalten von gummielastischen Werkstoffen unter Einsatzbedingungen
  • Physikalische Grundbegriffe (z. B. Glasumwandlung, Nebenrelaxation)
  • Prüfung rheologischer, viskoelastischer und mechanischtechnologischer Eigenschaften von Kautschuk, unvulkanisierten Mischungen und Elastomeren, vornehmlich nach ISO-Methoden
  • Dynamische Prüfungen, Elastizitäts- und Schubmodulmessungen, Dynamisches Risswachstum
  • Physikalische Grundlagen

*1 SWS = 1 Semesterwochenstunde entspricht 12 Vorlesungen à 45 Minuten.

C Verfahren und Produktionstechnik der Kautschukverarbeitung

C.1 Verfahrenstechnische Grundlagen der Kautschukverarbeitung (1 SWS*)

Vorlesung: Verfahrenstechnische Grundlagen der Kautschukverarbeitung (1 SWS*)

  • Verfahrenstechnische Grundlagen des Fließens viskoser und viskoelastischer Fluide
  • Dissipation, Energietransport und Wärmeübergang
  • Rheologie und Rheometrie
  • Scherviskosität, Viskoelastizität, Wandgleiten
  • Fließen durch Rohre, Kanäle, Düsen, Kalanderspalte, Ringspalte, Schneckenkanäle
  • Auslegung von Werkzeugen und Verteilergeometrien
  • Numerische Berechnung von Strömungsfeldern (CFD), Grundlagen, Randbedingungen und Beispiele

C.2 Verfahrens- und Produktionstechnik in der Kautschukverarbeitung: Halbzeugherstellung (1 SWS*)

  • Herstellung von Kautschukmischungen und deren Weiterverarbeitung zu Halbzeugen, insbesondere durch Kalandrieren und Extrudieren
  • Verformungs- und Fließverhalten unvulkanisierter Kautschukmischungen
  • Zusammenhänge zwischen den werkstoff-, maschinen-, und verfahrensspezifischen Parametern und den angestrebten Produkteigenschaften auf der Grundlage physikalischer Gesetzmäßigkeiten und praktischer Erfahrung
  • Verfahrenstechnik zur Herstellung von Kautschukmischungen

C.3 Konstruktion und Herstellung technischer Elastomerprodukte (1 SWS*)

  • Die Prozesskette in der Elastomerverarbeitung
  • Grundlagen Vulkanisation im Werkzeug
  • Compression Moulding-Verfahren
  • Transfer Moulding-Verfahren
  • Vergleich/Bewertung der Verfahren
  • Sonderverfahren TPE-Verarbeitung
  • Gummi-Metall-Verbunde
  • Rohlingsvorbereitung
  • Fehleranalyse
  • Prozessdatenerfassung, Prozessanalyse
  • Heizzeitrechner
  • Werkzeugtechnik
  • Folgeprozesse, Endbearbeitung

C.4 Möglichkeiten der numerischen Simulation zur Absicherung (1 SWS*)

  • Analytische vs. numerische Auslegung
  • Grundlagen der Mechanik
  • Diskretisierungsverfahren
  • Finite Elemente Methode
  • Probleme und Lösungsmöglichkeiten bei der numerischen Beschreibung von elastomeren Materialgesetzen
  • Bestimmung von Materialparametern
  • Funktionsuntersuchung von statischen Dichtungen
  • Dynamisches Verhalten von Elastomerbauteilen
  • Einbauraumuntersuchungen
  • Automatische Formoptimierung eines Aggregatelagers
  • Fertigungssimulation für Elastomerbauteile
  • Mehrkörperdynamik: Auslegung eines Motorlagerungssystems und eines Riementriebes

*1 SWS = 1 Semesterwochenstunde entspricht 12 Vorlesungen à 45 Minuten.

D Konstruktionsgrundlagen und Eigenschaften von Elastomerprodukten

D.1 Federelemente – Schwingungs- und Lagerungstechnik (1 SWS*)

  • Konstruktion von Metallgummikomponenten zur Schwingungs- und Geräuschisolation
  • Gestaltung funktionsgerechter Produkte
  • Einfluss der Konstruktion auf Funktion und Haltbarkeit
  • Systemauslegung für Motorlagerung und Radaufhängung
  • Rechnerische Möglichkeiten zur Lebensdauervorhersage
  • Erläuterung des physikalischen Prinzips der Schwingungsisolation
  • Einführung in die Fahrzeugakustik
  • Luftfedern für den Fahrzeugbau
  • Einführung in die Herstellung von Antriebsriemen
  • Federelemente – Grundlagen und Lebensdauer
  • Schwingungsisolation und Akustik

D.2 Konstruktionsgrundlagen, Eigenschaften und Herstellverfahren für Reifen (1 SWS*)

  • Geschichtlicher Rückblick mit Einführung in die Funktion des Reifens
  • Reifenaufbau und Materialien
  • Kräfte im Reifen
  • Entwicklung und Prüfung
  • Runderneuerung, Marktentwicklung
  • Normen und Vorschriften
  • Reifentypen
  • Reifenkonstruktion und -aufbau samt Funktion der einzelnen Bauteile
  • Aufstandsfläche und Straßenkontakt
  • Reifenherstellung
  • Labor- und Straßenprüfungen/Reifengeräusche
  • Fahrdynamik
  • Reifenprobleme
  • Notlaufkonzepte
  • Wiederverwertung

D.3 Dichtungen aus Elastomeren – Grundlagen und Anwendungen (1 SWS*)

  • Vulkanisation und kontinuierliche Herstellverfahren
  • Chemie und Verfahren der Vulkanisation
  • Vernetzung bei Umgebungsdruck und niedrigem Druck
  • Gummiwerkstoffverbunde (Allgemeines, Karosseriedichtungen, Technische Schläuche)
  • Dichtsysteme und deren Einteilung
  • Allgemeine Grundlagen der Dichtungstechnik
  • Dynamische Dichtsysteme (Radialwellendichtring, Gleitringdichtung, Stangen- und Kolbendichtung, Ventilschaftdichtung)
  • Statische Dichtsysteme (Grundlagen, O-Ring, Zylinderkopfdichtungen)

D.4 Qualitätsmanagement in der Kautschukindustrie (1 SWS*)

  • Qualitätssicherung in der kautschukverarbeitenden Industrie
  • Qualitätssicherungssysteme
  • Elemente der Qualitätssicherung
  • Prozessregelung, Total Quality Management, statistische Verfahren
  • Qualitätsförderung
  • Selbstprüfung
  • Qualität und Recht, Qualität und Umwelt, Umweltmanagement

*1 SWS = 1 Semesterwochenstunde entspricht 12 Vorlesungen à 45 Minuten.

ÜBUNGEN UND DEMONSTRATIONEN AN KAUTSCHUKVERARBEITUNGSANLAGEN UND MESSGERÄTEN

Die Übungen und Demonstrationen werden am Deutschen Institut für Kautschuktechnologie e.V. (DIK), Hannover durchgeführt.

Mikroskopie

Vorstellung der Funktionsweise unterschiedlicher mikroskopischer Methoden (z.B. Lichtmikroskopie, TEM, AFM, REM, EDX): Erläuterung der Probenpräparation sowie deren Auswertung mit Hilfe einer Bildverarbeitung.

Verarbeitung

Spritzgießen, Innenmischer, Walze, Extrusion, Extruder-Zahnradpumpenkombination, Kalander, 3D-Druck

Dynamisch-mechanische Untersuchungen an Elastomeren

Messung des dynamischen Schubmoduls (DMA, RPA) und des Verlustfaktors in Abhängigkeit von der Temperatur, der Frequenz und der Amplitude (Payne Effekt).

Physikalische Prüfung

Messung der Härte, Zugfestigkeit, Rückprallelastizität, DVR, Abrieb, Quellung, Alterungsbeständigkeit, Lichtechtheit und Ozonbeständigkeit mit den aus der Vorlesung bekannten Messtechniken. Außerdem Messung der dynamischen Beständigkeit mittels De Mattia, Flexometer und Tear Analyzer.

Elastomeranalytik

Analyse extrahierbarer Mischungsbestandteile, Polymer- und Elastomercharakterisierung (z. B. mittels TEM, NMR, GC-MS, LC-MS, IR, TGA, DSC)

Compounding

Entwicklung eines Radialwellendichtring-Materials aus NBR

© 2023 wdk Wirtschaftsverband der deutschen Kautschukindustrie e.V.