title: Kurzfasermodifikation matrixreicher Zonen gewebeverstärkter, thermoplastischer Verbundwerkstoffe mittels In-Situ-Schmelzeimprägnierung : Einfluss auf quasi-statische Eigenschaften
Creators: name: Mörl, Stefan
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2022
Subjects: subject: Verbundwerkstoff
subject: Imprägnierung
subject: Kurzfaser
subject: Gewebe
subject: Polyamid 6
subject: Zug
subject: Druck
subject: Schub
subject: composite
subject: impregnation
subject: short fiber
subject: fabric
subject: polyamide 6
subject: tensile
subject: compression
subject: shear
subject: 600
subject: 620

description: Für einen effizienten Leichtbau, speziell im Verkehrswesen, werden aufgrund der wirtschaftlichen Verarbeitung, unbegrenzten Lagerung sowie der Recyclingfähigkeit vermehrt Faserverbundkunststoffe mit einer thermoplastischen Matrix eingesetzt. Diese sogenannten Organobleche nutzen häufig textile Gewebe als Verstärkungsmedium zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften. Aufgrund der textilen Architektur dieser Gewebe aus sich kreuzenden Faserbündel bilden sich matrixreiche Zonen im Organoblech, welche verhindern, dass das Eigenschaftspotential voll genutzt werden kann. Eine Modifikation dieser matrixreichen Zonen stellt somit einen konsequenten Ansatz zur Optimierung der Performance von gewebeverstärkten Faserverbundwerkstoffen dar. Übergeordnetes Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Einfluss einer Kurzfasermodifikation der matrixreichen Zonen von gewebeverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffen im Sinne von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen aufzuklären. Von der Infiltration des Gewebes, über die Morphologie, bis hin zu deren Auswirkung auf die quasi-statischen Eigenschaften soll der Einfluss von Kurzfasern ganzheitlich aufgezeigt und die morphologischen mit den mechanischen Einflüssen korreliert werden. Zur Erreichung des wissenschaftlichen Ziels ist die Etablierung eines Konzeptes zur kontinuierlichen Imprägnierung von textilen Geweben mit thermoplastischer, kurzfasermodifizierter Matrix erforderlich, welche deshalb das technische Ziel dieser Arbeit darstellt. Aufbauend auf einem Anlagenkonzept zur Direktkaschierung und Grundlagen zur Imprägnierung von Geweben wird eine Technologie zur kontinuierlichen Imprägnierung von textilen Geweben aus der Schmelze entwickelt. Diese ermöglicht im Rahmen der Arbeit die Infiltration eines Glasfasergewebes mit Polyamid 6 und unterschiedlichen Konzentrationen an Kurzglas- sowie recycelten Kurzkohlenstofffasern. Die morphologischen Studien zeigen auf, dass sich die Kurzfasern bis zu einem Volumenanteil von 3,6 % in den Ondulationen bzw. zwischen den Faserbündeln anlagern, was auf die initiale Makroimprägnierung zurückzuführen ist. Eine weitere Steigerung des Kurzfasergehalts führt hingegen zur Ausbildung von Interleaf-Strukturen. Die Kurzfasermodifikation der Ondulationen sowie der Bereiche zwischen den Faserbündeln bewirkt eine deutliche Steigerung der elastischen Eigenschaften sowohl unter gewebedominierten Zuglasten, als auch unter Druck- und Schubbelastung. Die verarbeitungsinduzierte Orientierung der Kurzfasern begründet die ausgeprägte Verbesserung des elastischen Materialverhaltens in Extrusionsrichtung. Ein Einfluss der eingesetzten Kurzfasern, hinsichtlich ihrer Anisotropie bzw. Isotropie, kann auf die Eigenschaften in und senkrecht zur Extrusionsrichtung, speziell unter Druckbelastung, beobachtet werden. Die Erhöhung des Schubmoduls um bis zu 70 % verdeutlicht am eindrucksvollsten den Effekt einer Kurzfasermodifikation von gewebeverstärkten Organoblechen. Im Falle der Kurzkohlenstofffasern konnte hierbei aufgezeigt werden, dass die Formierung von transkristallinen Strukturen die Steifigkeitsteigerung mit beeinflusst. Eine Potentialanalyse zum Abschluss der Arbeit belegt, dass vollimprägnierte, kurzfasermodifizierte Organotapes mittels der entwickelten Technologie zur kontinuierlichen Imprägnierung bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 2,4 m/Min hergestellt werden können.