Dissertations / Theses on the topic 'Vliesstoffe'

Die vorliegende Ausgabe beschäftigt sich mit dem Thema „Erstellung einer Sachbilanz-Studie und Modellierung des Lebensweges von Operationstextilien". Das Ergebnis der Sachbilanz ist, dass die Mehrwegtextilien, im Vergleich zu den Einwegtextilien, einen geringeren Stoff- und Energiefluss erzeugen. Die Modellierung der Lebenszyklen ist in der Software Umberto vorgenommen. Sie visualisiert die Stoffflüsse zwischen den einzelnen Modulen des Lebensweges sehr gut. Es konnte verdeutlicht werden, dass der Wasserfluss der mengenmäßig größte Stoffstrom ist. Die größten Wasserverbräuche werden bei den Mehrwegtextilien in der Wäscherei und der Textilveredlung getätigt; bei den Einwegtextilien sind dies hingegen die Textilveredlung und die Kunststoffherstellung. Als Ergebnis der gesamten Überlegungen wird festgehalten, dass die erstellte Sachbilanz einen guten Hinweis auf die Umweltverträglichkeit der OP-Textilien gibt. Eine anschließende Ökobilanz, aufbauend auf den gewonnenen Daten, könnte die ermittelten Ergebnisse bestätigen.

Die Zielstellung dieser Dissertation besteht darin, auf dem Gebiet der naturfaserver-stärkten thermoplastischen Kunststoffe den Einfluss der Herstellung von Flachsfaser-Polypropylen Vliesstoffen auf das Verarbeitungsverhalten sowie die mechanischen Eigenschaften des Halbzeuges und der daraus hergestellten Bauteile zu charakterisieren. In Abhängigkeit von Flachsfasergehalt, Verfestigungstechnologie, Verfestigungsparametern, Flächenmasse, Flachsfaserart und Haftvermittlergehalt wurde die mechanischen Eigenschaften bestimmt und mit mathematisch-statistischen Methoden beschrie-ben. Zur Messung des Verformungsverhaltens wurden optische Dehnungsmessmetho-den entwickelt. Die Korrelation dieser Messungen mit den auftretenden Umformkräften bildet die Grundlage zur Einrichtung und Optimierung der Herstellung von Naturfaserverbundwerkstoffen.

In der vorliegenden Arbeit wurden Nadelvliesstoffe untersucht, die durch spezielle Nadelverfahren wie Velourisieren bzw. verbindendes Vernadeln eine dreidimensionale Struktur erhielten. Die vertikale Ausrichtung von Fasern in einer gleichmäßigen, parallelen Faserpolschicht an der Oberfläche, was durch das velourisierende Vernadeln erreicht wird, bedingt die Vergrößerung der wirksamen Faseroberfläche sowie des spezifischen Hohlraumvolumens. Ebenso vergrößert sich die wirksame Faseroberfläche und das spezifische Hohlraumvolumen durch das verbindende Vernadeln zweier Vliesstoffe, wobei Faserbüschel die beiden Vliesstoffe auf definiertem Abstand halten. Ausgegangen wurde von mathematischen Beziehungen zur Widerhakengeometrie der Filznadeln, Anzahl der transportierten Fasern im Widerhaken, Vernadelungsparametern und die damit verbundene Vergrößerung von Faserpolschicht und Hohlraumvolumen der Vliesstoffe. Über eine Versuchsreihe mit Variation bestimmter Eingangsgrößen, anschließender Regressionsanalyse und Schaffung eines semantischen Modells konnte der Einfluss auf bestimmte textilphysikalische Eigenschaften der Vliesstoffe nachgewiesen werden. Unter Einbeziehung der Ergebnisse aus Analyse und Modellbildung erfolgte eine Anpassung und der Nachweis der theoretisch ermittelten Beziehungen. Mit Hilfe der gefundenen Ergebnisse ist es möglich, bei Vorgabe definierter Einflussgrößen Voraussagen auf bestimmte Zielgrößen zu treffen und Rückschlüsse auf Größe der wirksamen Faseroberfläche und das spezifische Hohlraumvolumen von dreidimensionalen Vliesstoffen zu ziehen. Das gewährleistet eine wesentliche Kosten- und Zeiteinsparung innerhalb des industriellen Herstellungsprozesses von mittels Nadelns velourisierten und verbundenen Vliesstoffen
Needle-punched nonwovens produced by special needle-punching technologies like velourising and needling of two nonwoven layers with defined space to get a three-dimensional structure were investigated. The vertical orientation of the fibres in an uniform parallel fibre pile layer provided by the velourised needle-punching process causes an increase of the effective fibre pile surface and the hollow space. Also, the effective fibre pile surface and the hollow space are increased by needle-punching two nonwoven layers with defined space; fibre-bundles keep the two nonwoven layers at defined distance. Mathematical coherences of the geometry of barbs, number of fibres transported by the barbs, needle-punching parameters and the resulting increase of fibre pile surface and hollow space of the nonwovens formed the basis for all carried out investigations. By a number of tests varying in special input parameters, followed by a regression analysis and the creation of a semantic model. The influence of these parameters on the textile-physical properties could be proved. An adaptation and verification of the mathematical formulas was carried out by using the results of the analysis and the modelling. The found results allow to predict the influence of special input parameters on several output parameters and to get conclusions on the size of the effective fibre pile surface and the specific hollow space of three-dimensional nonwovens. This guarantees an essential reduction of costs and time in the industrial production process of needle-punched velourised and spacer nonwovens

In the available work the usability of pile fibre stitch-bonded nonwovens was examined as depth filter medium. Different pile fibre stitch-bonded nonwovens were manufactured and tested based on the structure of textile depth filter media and stitch-bonding process expertise. Experimental work involved technological investigations about characteristics of pile fibre stitch-bonded nonwovens 'Kunit' regarding fibre material and machine related parameters. The qualitative influence of the density gradient between flow-in and flow-out side was further investigated. Hydrodynamic application of webs by means of high-energy water jets and laminating of fine fiber spun-bonded nonwovens (Meltblown) were described as suitable processes for one-sided compression of pile fibre stitch-bonded nonwovens. The compressed samples are called 'Hycoknit' and 'Melaknit'. Manufactured pile fibre stitch-bonded nonwovens were evaluated based on textile-physical and particle-related tests. In the analyses results were compared with commercial depth filter media of filter classes F5 to F8. Therefore, the new pile fibre stitch-bonded nonwovens possess high dust storage capacities. Initial separation efficiency is comparable with standard filter media values of filter classes F5/F6. Separation efficiency vastly increases and reaches the level of fine dust filter media of filter classes F7/F8 at the end of testing. Depending on manufacturing parameters, pressure difference and separation efficiency are in a wide range producible. Thereby, economically meaningful and environmentally friendly multiple use of filter media becomes possible. Due to various characteristics, the new materials can be used, apart from filter media, for insulation, protection, upholstery as well as hygienic and medical purposes
In der vorliegenden Arbeit wurde die Einsetzbarkeit von Polfaser-Vlieswirkstoffen als Tiefenfiltermedium untersucht. Basierend auf dem Aufbau textiler Tiefenfiltermedien und den Kenntnissen zur Nähwirktechnik wurden unterschiedliche Polfaser-Vlieswirkstoffe gefertigt und getestet. Die experimentellen Arbeiten umfassten technologische Untersuchungen zu erzielbaren Eigenschaften von Polfaser-Vlieswirkstoffen Kunit in Abhängigkeit vom Faserstoff und maschinen-technischen Parametern. Ein weiterer Schwerpunkt war die zielgerichtete Beeinflussung des Dichtegradienten zwischen An- und Ausströmseite. Beschrieben wurden als geeignete Verfahren zur einseitigen Verdichtung von Polfaser-Vlieswirkstoffen das hydrodynamische Aufbringen von Vliesen mittels energiereicher Wasserstrahlen und das Auflaminieren von Feinfaser-Spinnvliesstoff (Meltblown). Die verdichteten Varianten werden mit Hycoknit und Melaknit bezeichnet. Bewertet wurden die gefertigten Polfaser-Vlieswirkstoffe auf Basis textil-physikalischer und partikelbezogener Prüfungen. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte im Vergleich zu handelsüblichen Tiefenfiltermedien der Filterklassen F5 bis F8. Die Ergebnisse zeigen, dass die neuen Polfaser-Vlieswirkstoffe hohe Staubspeicherkapazitäten besitzen. Der Anfangsabscheidegrad ist vergleichbar mit den Werten von Standardfiltermedien der Filterklassen F5/F6. Bereits nach kurzer Bestaubungszeit steigt der Abscheidegrad steil an und befindet sich am Ende der Prüfungen auf dem Niveau von Feinstaubfiltermedien der Filterklassen F7/F8. In Abhängigkeit von den Fertigungsparametern sind sowohl der Druckdifferenzverlauf als auch der Abscheidegrad in einem breiten Bereich einstellbar. Im Filtermedium angesammelte Partikel sind durch Druckluftimpulse im beträchtlichen Umfang entfernbar. Eine ökonomisch sinnvolle und umweltbewusste Mehrfachnutzung der Filtermedien wird damit möglich. Anwendbar sind die neuartigen Materialien auf Grund des möglichen breiten Eigenschaftsspektrums neben dem Einsatz als Filtermedium unter anderem für Isolationszwecke, im Schutzbereich, zur Polsterung sowie in der Hygiene und Medizin

In dreijährigen Versuchen wurde die Schutzwirkung verschiedener Vliesabdeckungen bei frostempfindlichen Baumschulkulturen im Vergleich zu nicht abgedeckten Flächen untersucht. Bei den Feldversuchen mit Obst- und Rosenokulaten waren witterungsbedingt nur in einem Winter Frostschäden zu verzeichnen. Die Schäden unter den Vliesen waren nicht wie erwartet geringer, sondern wiesen eine so hohe Variation auf, dass keine Unterschiede gesichert werden konnten. Bei den Containerflächen gab es unter der Abdeckung keine Frostschäden. Die Veröffentlichung richtet sich an Baumschulbetriebe.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Foulardierprozesses zur chemischen Nassausrüstung von Vliesstoffen bei Warengeschwindigkeiten bis zu 250 m/min. Hintergrund ist die abweisende Ausrüstung von Polypropylen-Spinnvliesstoffen für die Anwendung als Operationskittel. Wo bislang nach dem Stand der Technik eine Veredlung bei Lohnausrüstern bei geringen Warengeschwindigkeiten durchgeführt wurde, zeigt die Tendenz in der Vliesstoffindustrie in Richtung der eigenen Prozessbeherrschung. Eine grundlegende Voraussetzung, um den Foulardierprozess für diese Anwendung nutzbar zu machen, ist die Kenntnis über die Prozesseigenschaften bei den geforderten hohen Warengeschwindigkeiten. Für den abzudeckenden Versuchsraum mit sechs Einflussgrößen bei jeweils drei Faktorstufen wurde mittels der Methodik der statistischen Versuchsplanung ein D-optimaler Versuchsplan erstellt. Die Versuchsdurchführung erfolgte auf einem in eine Technikumsanlage eingebundenen Foulard mit horizontaler Walzenanordnung. Für jede der sieben Zielgrößen wurde auf Grundlage der erhaltenen Messwerte eine lineare Regressionsanalyse erstellt und ausgewertet. Eine detaillierte Analyse und Diskussion der Regressionsmodelle liefert Informationen zu Wirkungsrichtung und Intensität der einzelnen Einflussgrößen sowie zu Faktor-Faktor-Wechselwirkungen
The subject of the work presented here is the study of the padding process for the chemical wet finishing of nonwovens at web speeds up to 250 m/min. Background to the topic is the repellent treatment of polypropylene spunbond nonwovens applied for surgical gowns. Finishing carried out at subcontractors corresponding to best practice technology up to now, the trend in the nonwovens industry is turning towards an in-house process mastery. Essential requirement to make the padding process technologically exploitable for this kind of application is the knowledge of the process characteristics at the high web speeds claimed. For the experimental scenario to be covered comprising six determining factors at three level steps each, a D-optimal trial plan was defined using the statistic method of the design of experiments (DOE). The realization of the trials carried out on a padder with horizontal roll arrangement installed in a pilot line. For each of the seven responses a linear regression analyses was compiled and evaluated. A detailed analysis and discussion of the regression models provides information on direction of influence as well as intensity of each of the determining factors and factor-factor-interactions

Der innovative Verbundwerkstoff N-TRC (Nonwoven-Textile Reinforced Concrete) bestehend aus Carbonbeton (CRC – Carbon Reinforced Concrete) und betongetränktem Nadelvliesstoff (CSN – Concrete Soaked Nonwovens) ist in Form von Material- und Bauteilversuchen entwickelt und getestet worden. Nach der Ermittlung des eindimensionalen Druck- und Zugtragverhaltens des Materials sind verschiedene Konstruktionsvarianten eines Deckenträgers in 6-Punkt-Biegeversuchen untersucht worden. Die Bauweise mit N-TRC ermöglicht dabei die Herstellung dünner Querschnitte mit einer hohen Maßgenauigkeit und Anpassungsfähigkeit an räumliche Flächentragwerke. Des Weiteren weist der betongetränkte Nadelvliesstoff eine sehr feine Rissbildung und außergewöhnlich hohe Duktilität auf. Die untersuchten Bauteilabmessungen der Deckenträger reichen in der Spannweite von 3 bis 4,3 m und betragen in der Höhe 0,2 m und in der Breite 0,6 m. Die Bauelemente erreichen bei diesen Abmessungen Eigengewichte von 50 – 100 kg und übertreffen mit der experimentell ermittelten, maximalen Tragfähigkeit dabei die nominellen Gebrauchslasten um ein Vielfaches. Wie bei allen filigranen und leichten, aber sehr tragfähigen Tragstrukturen gehen diese Tragfähigkeiten mit hohen Verformungen einher, denen konstruktiv begegnet werden muss. Neben den experimentell durchgeführten Material- und Großbauteilversuchen sind analytische und mitunter relativ aufwändige numerische Simulationsmodelle entwickelt, auf die Bauteilversuche angewendet und untereinander verglichen worden. Dabei werden unter anderem mehrschichtige Carbonbewehrungen und das mehraxiale nichtlineare Spannungs-Dehnungsverhalten von Beton berücksichtigt, um das realitätsnahe Tragverhalten der Bauteile vom ungerissenen Zustand bis zum Zustand der abgeschlossenen Rissbildung abzubilden.

In der vorliegenden Arbeit wurden Nadelvliesstoffe untersucht, die durch spezielle Nadelverfahren wie Velourisieren bzw. verbindendes Vernadeln eine dreidimensionale Struktur erhielten. Die vertikale Ausrichtung von Fasern in einer gleichmäßigen, parallelen Faserpolschicht an der Oberfläche, was durch das velourisierende Vernadeln erreicht wird, bedingt die Vergrößerung der wirksamen Faseroberfläche sowie des spezifischen Hohlraumvolumens. Ebenso vergrößert sich die wirksame Faseroberfläche und das spezifische Hohlraumvolumen durch das verbindende Vernadeln zweier Vliesstoffe, wobei Faserbüschel die beiden Vliesstoffe auf definiertem Abstand halten. Ausgegangen wurde von mathematischen Beziehungen zur Widerhakengeometrie der Filznadeln, Anzahl der transportierten Fasern im Widerhaken, Vernadelungsparametern und die damit verbundene Vergrößerung von Faserpolschicht und Hohlraumvolumen der Vliesstoffe. Über eine Versuchsreihe mit Variation bestimmter Eingangsgrößen, anschließender Regressionsanalyse und Schaffung eines semantischen Modells konnte der Einfluss auf bestimmte textilphysikalische Eigenschaften der Vliesstoffe nachgewiesen werden. Unter Einbeziehung der Ergebnisse aus Analyse und Modellbildung erfolgte eine Anpassung und der Nachweis der theoretisch ermittelten Beziehungen. Mit Hilfe der gefundenen Ergebnisse ist es möglich, bei Vorgabe definierter Einflussgrößen Voraussagen auf bestimmte Zielgrößen zu treffen und Rückschlüsse auf Größe der wirksamen Faseroberfläche und das spezifische Hohlraumvolumen von dreidimensionalen Vliesstoffen zu ziehen. Das gewährleistet eine wesentliche Kosten- und Zeiteinsparung innerhalb des industriellen Herstellungsprozesses von mittels Nadelns velourisierten und verbundenen Vliesstoffen.
Needle-punched nonwovens produced by special needle-punching technologies like velourising and needling of two nonwoven layers with defined space to get a three-dimensional structure were investigated. The vertical orientation of the fibres in an uniform parallel fibre pile layer provided by the velourised needle-punching process causes an increase of the effective fibre pile surface and the hollow space. Also, the effective fibre pile surface and the hollow space are increased by needle-punching two nonwoven layers with defined space; fibre-bundles keep the two nonwoven layers at defined distance. Mathematical coherences of the geometry of barbs, number of fibres transported by the barbs, needle-punching parameters and the resulting increase of fibre pile surface and hollow space of the nonwovens formed the basis for all carried out investigations. By a number of tests varying in special input parameters, followed by a regression analysis and the creation of a semantic model. The influence of these parameters on the textile-physical properties could be proved. An adaptation and verification of the mathematical formulas was carried out by using the results of the analysis and the modelling. The found results allow to predict the influence of special input parameters on several output parameters and to get conclusions on the size of the effective fibre pile surface and the specific hollow space of three-dimensional nonwovens. This guarantees an essential reduction of costs and time in the industrial production process of needle-punched velourised and spacer nonwovens.

In the available work the usability of pile fibre stitch-bonded nonwovens was examined as depth filter medium. Different pile fibre stitch-bonded nonwovens were manufactured and tested based on the structure of textile depth filter media and stitch-bonding process expertise. Experimental work involved technological investigations about characteristics of pile fibre stitch-bonded nonwovens 'Kunit' regarding fibre material and machine related parameters. The qualitative influence of the density gradient between flow-in and flow-out side was further investigated. Hydrodynamic application of webs by means of high-energy water jets and laminating of fine fiber spun-bonded nonwovens (Meltblown) were described as suitable processes for one-sided compression of pile fibre stitch-bonded nonwovens. The compressed samples are called 'Hycoknit' and 'Melaknit'. Manufactured pile fibre stitch-bonded nonwovens were evaluated based on textile-physical and particle-related tests. In the analyses results were compared with commercial depth filter media of filter classes F5 to F8. Therefore, the new pile fibre stitch-bonded nonwovens possess high dust storage capacities. Initial separation efficiency is comparable with standard filter media values of filter classes F5/F6. Separation efficiency vastly increases and reaches the level of fine dust filter media of filter classes F7/F8 at the end of testing. Depending on manufacturing parameters, pressure difference and separation efficiency are in a wide range producible. Thereby, economically meaningful and environmentally friendly multiple use of filter media becomes possible. Due to various characteristics, the new materials can be used, apart from filter media, for insulation, protection, upholstery as well as hygienic and medical purposes.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Einsetzbarkeit von Polfaser-Vlieswirkstoffen als Tiefenfiltermedium untersucht. Basierend auf dem Aufbau textiler Tiefenfiltermedien und den Kenntnissen zur Nähwirktechnik wurden unterschiedliche Polfaser-Vlieswirkstoffe gefertigt und getestet. Die experimentellen Arbeiten umfassten technologische Untersuchungen zu erzielbaren Eigenschaften von Polfaser-Vlieswirkstoffen Kunit in Abhängigkeit vom Faserstoff und maschinen-technischen Parametern. Ein weiterer Schwerpunkt war die zielgerichtete Beeinflussung des Dichtegradienten zwischen An- und Ausströmseite. Beschrieben wurden als geeignete Verfahren zur einseitigen Verdichtung von Polfaser-Vlieswirkstoffen das hydrodynamische Aufbringen von Vliesen mittels energiereicher Wasserstrahlen und das Auflaminieren von Feinfaser-Spinnvliesstoff (Meltblown). Die verdichteten Varianten werden mit Hycoknit und Melaknit bezeichnet. Bewertet wurden die gefertigten Polfaser-Vlieswirkstoffe auf Basis textil-physikalischer und partikelbezogener Prüfungen. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte im Vergleich zu handelsüblichen Tiefenfiltermedien der Filterklassen F5 bis F8. Die Ergebnisse zeigen, dass die neuen Polfaser-Vlieswirkstoffe hohe Staubspeicherkapazitäten besitzen. Der Anfangsabscheidegrad ist vergleichbar mit den Werten von Standardfiltermedien der Filterklassen F5/F6. Bereits nach kurzer Bestaubungszeit steigt der Abscheidegrad steil an und befindet sich am Ende der Prüfungen auf dem Niveau von Feinstaubfiltermedien der Filterklassen F7/F8. In Abhängigkeit von den Fertigungsparametern sind sowohl der Druckdifferenzverlauf als auch der Abscheidegrad in einem breiten Bereich einstellbar. Im Filtermedium angesammelte Partikel sind durch Druckluftimpulse im beträchtlichen Umfang entfernbar. Eine ökonomisch sinnvolle und umweltbewusste Mehrfachnutzung der Filtermedien wird damit möglich. Anwendbar sind die neuartigen Materialien auf Grund des möglichen breiten Eigenschaftsspektrums neben dem Einsatz als Filtermedium unter anderem für Isolationszwecke, im Schutzbereich, zur Polsterung sowie in der Hygiene und Medizin.

Aufgrund des weltweit steigenden Energiebedarfs, dessen Deckung derzeit größtenteils auf fossilen Brennstoffen basiert, ist es nötig geworden, die Entwicklung alternativer Möglichkeiten zur Erzeugung von Elektroenergie als Primärenergie voranzutreiben. Eine dieser alternativen Möglichkeiten ist die Brennstoffezellentechnologie, welche sowohl in stationären als auch mobilen Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Ihrer weitreichenden Verbreitung stehen bislang die aufgrund des großen Fertigungsaufwandes hohen Herstellungskosten der benötigten Komponenten im Wege. Hierzu zählen die Gasdiffusionslagen des weit verbreiteten Typs der wasserstoffbetriebenen Polymerelektrolytbrennstoffzelle. Es treten zwischen den einzelnen Fertigungsschritten im Herstellungsprozess dieser Gasdiffusionslagen Wechselwirkungen auf, die zu unerwünschten Materialveränderungen führen. Die Ursachen dieser Wechselwirkungen sind nicht vollends verstanden. Eine Vertiefung des Verständnisses der Herstellungsprozesse soll die Grundlage für eine Optimierung der Prozessführung bilden. Es sollen eine Kostenreduktion sowie eine Leistungssteigerung der Gasdiffusionslagen ermöglicht werden.:1 Einleitung 1 2 Stand der Technik 5 2.1 Brennstoffzellen 5 2.2 Gasdiffusionslagen 11 3 Problemstellung und Zielsetzung 17 4 Analyse und Klassifizierung von GDL-Fehlern 20 4.1 Fehlerklassifizierung 22 4.2 Fehleridentifizierung 26 4.3 Auswahl zu analysierender Fehlerbilder 27 4.4 Charakteristika der ausgewählten Fehlerbilder 42 4.4.1 Bahndeformationen 42 4.4.2 Umlaufende Verdickungen von Wickeln in Umfangsrichtung 44 4.4.3 Längs- und Queraufrauhungen sowie Rauhspuren 45 5 Theoretische Grundlagen 49 5.1 Physikalische und mechanische Grundlagen 49 5.1.1 Zug-, Biege- und Druckspannungen in Warenbahnen 49 5.1.2 Elastizitäts- und Kompressionsmoduli 52 5.1.3 Elastizität und Plastizität 53 5.1.4 Umformmechanismen im GDL-Basisvliesstoff und Versagensarten von Fasern 54 5.2 Statistik 55 5.2.1 Korrelationsanalyse 55 5.2.2 Regressionsanalyse 56 5.2.3 Zweistichproben-t-Tests und Konfidenzintervalle 56 5.2.4 Stichprobenumfang 57 5.3 Qualitätsregelkreise 58 6 Eingesetzte Untersuchungsmethoden 60 6.1 Mechanische Eigenschaften 64 6.1.1 Höchstzugkraft und Höchstzugkraftdehnung 64 6.1.2 Elastizitätsmodul und Kompressibilität 66 6.1.3 Elastische und plastische Deformation bei Zugbelastungen 67 6.1.4 Flächenmasse 70 6.1.5 Biegesteifigkeit 72 6.1.6 Dickenmessung 74 6.2 Thermische Eigenschaften 75 6.2.1 Wärmeleitfähigkeit 75 6.3 Bildgebende Verfahren 78 6.3.1 Schliffbildmikroskopie 78 6.3.2 Rasterelektronenmikroskopie 78 6.3.3 µ-Computertomographie 79 7 Herstellungsverfahren der untersuchten Gasdiffusionslagen im Überblick 81 8 Basisvliesstoffherstellung 84 8.1 Prozess der Vliesbildung und Verfestigung 84 8.2 Charakterisierung des GDL-Basisvliesstoffes 90 8.3 Fehlerbilder des GDL-Basisvliesstoffes 103 9 Dickenkalibrierung 113 9.1 Prozess der Dickenkalibrierung des GDL-Basisvliesstoffes 113 9.2 Charakterisierung des dickenkalibrierten GDL-Basisvliesstoffes 120 9.3 Fehlerbilder des dickenkalibrierten GDL-Basisvliesstoffes 130 9.3.1 Prozessbeobachtung 130 9.3.2 Hypothesenbildung und Verifikation 135 9.3.3 Maßnahmen zur Fehlervermeidung 146 10 Carbonisierung 156 10.1 Prozess der Carbonisierung 156 10.2 Charakterisierung carbonisierten GDL-Substrates 157 10.3 Fehlerbilder im Carbonisierprozess 163 11 Data Mining für die GDL-Herstellung 167 11.1 Datenerhebung 167 11.2 Auszuwertende Parameter 172 11.3 Ergebnisse der Parameteranalysen 173 12 Qualitätsregelkreise zum GDL-Produktionsprozess 178 12.1 Wulstbildung und Längsaufrauhung 178 12.2 Queraufrauhung 181 13 Zusammenfassung und Ausblick 184 14 Literaturverzeichnis 186 15 Abbildungsverzeichnis 192 16 Abkürzungsverzeichnis 201 17 Formelverzeichnis 203 18 Anlagenverzeichnis 204
Due to worldwide increasing energy consumption, which is mainly covered by fossile fuels nowadays, it has become a necessity to further develop alternative possibilities to create electricity as primary energy. One alternative technology to accomplish this is fuel cell technology which can be used in stationary as well as in mobile applications. One aspect hindering its widespread use is the high manufacturing cost of the needed components due to the complicated production processes. Among these are gad diffusion layers of the commonly used hydrogen-driven polymer electrolyte fuel cells. There are interactions occurring between the several production steps leading to unwanted changes in material properties. The causes of these interactions are not completely understood. A deeper understanding of these shall be the basis for optimizations in process design and therefore cost reductions and improvements in performance of gas diffusion layers can be achieved.:1 Einleitung 1 2 Stand der Technik 5 2.1 Brennstoffzellen 5 2.2 Gasdiffusionslagen 11 3 Problemstellung und Zielsetzung 17 4 Analyse und Klassifizierung von GDL-Fehlern 20 4.1 Fehlerklassifizierung 22 4.2 Fehleridentifizierung 26 4.3 Auswahl zu analysierender Fehlerbilder 27 4.4 Charakteristika der ausgewählten Fehlerbilder 42 4.4.1 Bahndeformationen 42 4.4.2 Umlaufende Verdickungen von Wickeln in Umfangsrichtung 44 4.4.3 Längs- und Queraufrauhungen sowie Rauhspuren 45 5 Theoretische Grundlagen 49 5.1 Physikalische und mechanische Grundlagen 49 5.1.1 Zug-, Biege- und Druckspannungen in Warenbahnen 49 5.1.2 Elastizitäts- und Kompressionsmoduli 52 5.1.3 Elastizität und Plastizität 53 5.1.4 Umformmechanismen im GDL-Basisvliesstoff und Versagensarten von Fasern 54 5.2 Statistik 55 5.2.1 Korrelationsanalyse 55 5.2.2 Regressionsanalyse 56 5.2.3 Zweistichproben-t-Tests und Konfidenzintervalle 56 5.2.4 Stichprobenumfang 57 5.3 Qualitätsregelkreise 58 6 Eingesetzte Untersuchungsmethoden 60 6.1 Mechanische Eigenschaften 64 6.1.1 Höchstzugkraft und Höchstzugkraftdehnung 64 6.1.2 Elastizitätsmodul und Kompressibilität 66 6.1.3 Elastische und plastische Deformation bei Zugbelastungen 67 6.1.4 Flächenmasse 70 6.1.5 Biegesteifigkeit 72 6.1.6 Dickenmessung 74 6.2 Thermische Eigenschaften 75 6.2.1 Wärmeleitfähigkeit 75 6.3 Bildgebende Verfahren 78 6.3.1 Schliffbildmikroskopie 78 6.3.2 Rasterelektronenmikroskopie 78 6.3.3 µ-Computertomographie 79 7 Herstellungsverfahren der untersuchten Gasdiffusionslagen im Überblick 81 8 Basisvliesstoffherstellung 84 8.1 Prozess der Vliesbildung und Verfestigung 84 8.2 Charakterisierung des GDL-Basisvliesstoffes 90 8.3 Fehlerbilder des GDL-Basisvliesstoffes 103 9 Dickenkalibrierung 113 9.1 Prozess der Dickenkalibrierung des GDL-Basisvliesstoffes 113 9.2 Charakterisierung des dickenkalibrierten GDL-Basisvliesstoffes 120 9.3 Fehlerbilder des dickenkalibrierten GDL-Basisvliesstoffes 130 9.3.1 Prozessbeobachtung 130 9.3.2 Hypothesenbildung und Verifikation 135 9.3.3 Maßnahmen zur Fehlervermeidung 146 10 Carbonisierung 156 10.1 Prozess der Carbonisierung 156 10.2 Charakterisierung carbonisierten GDL-Substrates 157 10.3 Fehlerbilder im Carbonisierprozess 163 11 Data Mining für die GDL-Herstellung 167 11.1 Datenerhebung 167 11.2 Auszuwertende Parameter 172 11.3 Ergebnisse der Parameteranalysen 173 12 Qualitätsregelkreise zum GDL-Produktionsprozess 178 12.1 Wulstbildung und Längsaufrauhung 178 12.2 Queraufrauhung 181 13 Zusammenfassung und Ausblick 184 14 Literaturverzeichnis 186 15 Abbildungsverzeichnis 192 16 Abkürzungsverzeichnis 201 17 Formelverzeichnis 203 18 Anlagenverzeichnis 204