Materialentwicklung und -charakterisierung für thermoplastische Faserverbundwerkstoffe im Direktverfahren

Langfaserverstärkte Thermoplaste haben eine wachsende Bedeutung als Werkstoffe vor allem im Automobilsektor. Stand-der-Technik Verfahren sind die Verarbeitung von glasmattenverstärkten Thermoplasten (GMT) und den so genannten Stäbchengranulaten (LFT-G). Zunehmend etablieren sich so genannte Direktverfahren (LFT-D) auf dem Markt, bei denen die Bauteile direkt aus den Komponenten Glasfasern, Polymere und Additive im Fliesspress-verfahren geformt werden. In Bezug auf die Materialauswahl bietet insbesondere das LFT-D-ILC Verfahren, bei dem das Matrixpolymer in-line compoundiert wird, eine erhöhte Flexibilität. Das Matrixpolymer wird im Prozess durch die Zugabe von Zusatzstoffen modifiziert, so dass Eigenschaften wie z. B. Langzeit-Temperaturbeständigkeit oder mechanische Leistungs-fähigkeit für jede Anwendung spezifisch maßgeschneidert werden können. Der Inhalt der vorliegenden Arbeit ist die Charakterisierung der Wechselwirkung der einzelnen Materialkomponenten Grundpolymer, Glasfasern und Additive um ein grundlegendes Prozessverständnis des LFT-D-ILC-Verfahrens zu erlangen. Eine wesentliche Eigenschaft von langfaserverstärkten Faserverbundwerkstoffen ist deren Auswirkung auf die Anisotropie im Bauteil. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist eine neue Charakterisierungsmethode entwickelt worden, um die anisotropen Werkstoffeigenschaften zu bestimmen: Die Untersuchung von runden Prüfkörpern, den so genannten Zugronden. Mit dieser Methode ist es möglich, die integrale Faserorientierung zu ermitteln. Die wesentlichen Einflüsse des Materials auf die resultierende Faserorientierung wurden mittels dieser Methode charakterisiert. Die Charakterisierungsmethode der Zugronden wurde durch zwei weitere Methoden verifiziert. Sie zeigt Vorteile gegenüber der Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von langglasfaserverstärkten thermoplastischen Werkstoffen nach DIN-Vorschrift. Die Entwicklungen im Rahmen dieser Arbeit führten zu einer Verbesserung der Materialeigenschaften von glasfaserverstärktem Polypropylen durch die Optimierung der Anlagentechnik sowie durch die Materialentwicklung.