Zur Übersicht

Vortrag

Ermittlung richtungsabhängiger Kennwerte für kurzfaserverstärkte Thermoplaste: Erzeugung hochorientierter Proben und der Einfluss der Probenpräparation

Mittwoch (04.12.2019)
12:10 - 12:30 Uhr

Das Spritzgussverfahren überzeugt durch seine Großserien-Tauglichkeit, sowie Kosten- und Zeiteffizienz, denn die Bauteile werden in finaler Form ausgeworfen. Durch die Verstärkung eines thermoplastischen Materials mit Fasern werden die physikalischen Eigenschaften modifiziert um höhere Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften zu erzielen. Das herstellungsbedingte anisotrope Verhalten von kurzfaserverstärkten Werkstoffen erschwert eine zuverlässige Auslegung der Bauteile. Ebenso ist die Parametrisierung und Erfassung der für die Simulation benötigten Kennwerte aufwändig. Gegenstand der Forschung ist die analytische Beschreibung der Superposition aus Faser und Matrix über Ansätze der Mikromechanik.

Da mikromechanische Modelle unidirektionale Kennwerte fordern, werden detaillierte Kenntnisse über makroskopische, richtungsabhängige Materialdaten dringend benötigt. In dieser Studie sollen neue Möglichkeiten zur Ermittlung dieser Eigenschaften sowie der Einfluss der Probenpräparation auf die mechanischen Charakteristiken näher betrachtet werden.

Zur präzisen Kennwertermittlung um Materialmodelle für kurzfaserverstärkte Thermoplaste zu parametrisieren sind Zugversuche an unidirektionalen Probekörpern unter 0° und 90° zur Faserhauptrichtung unabdinglich. Die derzeit verfügbaren und etablierten Bauteile zwecks Probekörperentnahme weisen einige Einschränkungen auf, wie nicht unidirektionale Faserstrukturen und zu schmale Abmessungen für die Entnahme von Proben unter 90°. Aus diesem Grund wurde ein neuartiges Formteil entwickelt, welches bei unidirektionaler Orientierung die Probekörperentnahme unter beliebigen Entnahmewinkeln erlaubt. An diesem Bauteil werden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um die reale Faserorientierung, sowie den Präparationsprozess und die hieraus folgende Veränderung des mechanischen Verhaltens zu charakterisieren.

Eine maschinelle Entnahme von Proben aus den spritzgegossenen Grundkörpern über Fräsen ist unumgänglich um die Materialcharakterisierung in unterschiedlichen Orientierungen vornehmen zu können. Lokaler Wärmeeintrag und die Erzeugung von Oberflächendefekten beim Herausfräsen der Probekörper sind kritisch zu betrachten. Eine qualitative Charakterisierung solcher Größen existiert bislang nicht, ist jedoch notwendig um den Einfluss des Präparationsprozesses auf die mechanischen Eigenschaften zu spezifizieren.

Im Zuge dieses Beitrags werden derzeitige Untersuchungen des Instituts aufgezeigt und diskutiert.

Sprecher/Referent:
Tamara van Roo
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit