Einfluss der Oberflächenrauigkeit auf die mechanischen Eigenschaften hochorientierter kurzglasfaserverstärkter thermoplastischer Polymere

Abstract

Das mechanische Verhalten spritzgegossener, kurzglasfaserverstärkter thermoplastischer Polymere ist stark von der vorliegenden Faserorientierung abhängig. Für die Auslegung von Bauteilen aus derartigen Materialien werden in der Struktursimulation Materialmodelle eingesetzt. Diese Modelle werden über experimentell ermittelte Kennwerte parametrisiert und validiert. Hierzu benötigt man Probekörper mit möglichst homogener und hoher Faserorientierung. Die Herstellung von diesen Probekörpern sowie der Einfluss der fräsinduzierten Oberflächenrauigkeit auf die mechanischen Eigenschaften während der Probenpräparation stellen die zentralen Forschungsfragen der vorliegenden Arbeit dar. Es werden verschiedene Ansätze für eine Prüfplatte mit homogener und hoher Faserorientierung erarbeitet, um die für Spritzgussplatten typische dreischichtige Morphologie zu vermeiden. Das erfolgversprechendste Konzept wird in einer Spritzgussform umgesetzt. Mikrocomputertomographische Analysen weisen für Polybutylenterephthalat und Polyamid 66 je mit 30 Gewichtsprozent Kurzglasfasern verstärkt eine homogene und hohe Faserorientierung nach. Um den Einfluss der fräsinduzierten Oberflächenrauigkeit auf die mechanischen Kennwerte zu untersuchen, werden Probekörper aus den hochorientierten Prüfplatten heraus gefräst. Hierbei werden über die Drehzahl und den Vorschub gezielt unterschiedliche Rauigkeiten eingestellt. Die Proben mit verschiedenen Faserorientierungen werden unter einachsiger Zugbelastung bei Raumtemperatur und -10 °C betrachtet. Für beide Temperaturen zeigt die systematische Analyse keinen signifikanten Einfluss der Oberflächenrauigkeit auf die mechanischen Kennwerte. Folglich reagieren die mechanischen Kennwerte mit dieser Versuchsmethode unempfindlich auf die Fräsparameter. Es konnte damit nachgewiesen werden, dass die Probenpräparation mittels Fräsen zur Herstellung von mechanischen Probekörpern für die verwendeten Materialien geeignet ist.