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Ausgewählte Ausgabe: 03-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Verstärktes Kriechen

Die Auslegung kurzfaserverstärkter thermoplastischer Bauteile kann heute als Stand der Technik angenommen werden. Dem gegenüber stellt die Auslegung von langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT) Entwickler und Konstrukteure vor große Herausforderungen. Eine am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) entwickelte integrative Berechnungsmethode zur Vorhersage des Langzeitverhaltens spritzgegossener LFT-Formteile zeigt eine Möglichkeit Abhilfe zu schaffen (Bild 1).


Bild 1 Die Berücksichtigung der lokal gemessenen Faserorientierung ermöglicht eine realitätsnahe Abbildung der inneren Bauteileigenschaften.

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Die Berücksichtigung der lokal gemessenen Faserorientierung ermöglicht eine realitätsnahe Abbildung der inneren Bauteileigenschaften.

Das Potenzial von LFT ist derzeit bei weitem nicht ausgeschöpft. Um neue Anwendungen zu erschließen, ist die Verfügbarkeit zuverlässiger Berechnungsverfahren eine der Grundvoraussetzungen. Bereits verfügbare integrative Berechnungsverfahren für kurzfaserverstärkte Werkstoffe lassen sich jedoch nur eingeschränkt auf die Berechnung von LFT übertragen. Dies liegt zu großen Teilen an Vereinfachungen in den mathematischen Modellen, die für Langfasern nicht mehr gültig sind. Ausgehend von gängigen Berechnungsmethoden für kurzfaserverstärkte Thermoplaste entwickelt das IKV daher im Rahmen eines öffentlich geförderten Forschungsprojekts ein integratives Simulationsverfahren zur Berechnung spritzgegossener LFT-Bauteile unter statischer Langzeitbelastung.

Einfluss der Faserlänge auf das mechanische Verhalten von LFT

Bild 2 Sowohl Faserorientierung als auch Faserlängenverteilung an der gleichen Position bestimmen, wie die Zugstäbe entnommen werden.

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Sowohl Faserorientierung als auch Faserlängenverteilung an der gleichen Position bestimmen, wie die Zugstäbe entnommen werden.

Da Polypropylen (PP) durch seine schlechte Faser-Matrix-Anbindung in besonders hohem Maße von langen Fasern profitiert, wurden alle Untersuchungen an einem langglasfaserverstärktem Celstran PP-GF40–0414 P10 der Firma Celanese, Sulzbach, durchgeführt, welches eine nominelle Faserlänge von 10 mm im Granulat aufweist. Um den Einfluss der Faserlänge möglichst isoliert betrachten zu können, wurde das gleiche Material für eine zweite Versuchsreihe regranuliert und die Fasern so auf eine Faserlänge von ca. 0,5 mm eingekürzt. Alle experimentellen Untersuchungen wurden an Zugstäben der Form 1B (DIN ISO 527–2) bei einer Umgebungstemperatur von 23 °C durchgeführt. Die Probekörper aus faserverstärkten Materialien wurden spanend aus spritzgegossenen Platten sowohl entlang (0°) als auch quer (90°) zur Fließrichtung entnommen (Bild 2).

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Autoren

M.Sc. Maiko Ersch

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV)

Univ.-Prof. Dr.-Ing.  Christian Hopmann

Leiter des Instituts für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen, Geschäftsführer der Fördervereinigung des IKV und Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen.

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