Die TER Plastics POLYMER GROUP ist mit dem Vertrieb technischer Kunststoffe, Commodities und eigener Compounds der Marke TEREZ in den Märkten aktiv. Zur Firmengruppe der TER Plastics gehören nunmehr neben der Compound-Tochtergesellschaft TEREZ Performance Polymers auch die Unternehmen TER Plastics Polska, TER Hell Plastics Spain, TER Hell Plastic-PE Distribution, TER Hell-IT und die TER Engineering Plastic Trading, in Suzhou, China sowie eine Vielzahl etablierter Verkaufsbüros in Deutschland, Österreich, der Schweiz, Frankreich, Spanien, Polen, Ungarn, der Tschechischen Republik und der Slowakei.

Ter Hell Plastic GmbH  

https://www.terhell.de

Additive

Kunststoff Werkstoffe

Antistatika

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Kunststoffhandel

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Polyamide

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Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

 „Arc de Triomphe, Wrapped“ – die Bilder von der Erfüllung des künstlerischen Vermächtnisses des Ehepaars Christo und Jeanne Claude gingen vor ein paar Wochen um die Welt.

Faser- und Filamentextrusion

Extrusion

Gewebe, technisch

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Wie am Schnürchen

Umfangreiche Produktpalette an Rohstoffen und Additiven.

Nordmann, Rassmann GmbH  

https://www.nrc.de

Distribuenten

Farbstoffe

Masterbatches

Schaumstoffe und Vorprodukte

Tenside-Industrie

Gerade bei hochwertigen Polymeren lohnt sich die Wiederverwendung von Produktionsabfällen. Ein Forschungsprojekt konnte nun Zweifel daran ausräumen, dass Anteile an rezyklierten Kunststoffen von mehr als 25 % die Eigenschaften der Bauteile zu sehr schwächt.

Sicherungsträger müssen flammgeschützt werden. Reiher verwendet für seine Modelle ein mit rotem Phosphor flammgeschütztes, mit 25 % Glasfasern verstärktes PA 66

16:9

Mehr als ein Viertel Polyamid-Produktionsabfälle für das Spritzgießen verwenden

Recycling

Umweltmanagement

Technische Kunststoffe

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Kunststoff-Recycling

Recycling flammgeschützter  Produktionsabfälle

RadiciGroup schließt 2020 trotz der Pandemie mit gutem Ergebnis ab, auch dank Investitionen in Innovation und Nachhaltigkeit.

Maurizio, Angelo e Paolo Radici – Shareholder der RadiciGroup

RadiciGroup kommt gut durch die Pandemie

Elektrische Geräte und elektronische Bauteile müssen häufig strenge Anforderungen an den Flammschutz erfüllen. Dabei dürfen im Brandfall keine für Menschen giftigen Gase austreten und auch an der Bausubstanz sollten durch die verwendeten Additive keine Folgeschäden entstehen. Für Leistungsschutzschalter hat der Compoundeur Sax Polymers ein entsprechendes Compound entwickelt, das ohne den Einsatz von Halogenen und rotem Phosphor auskommt.

Elektrische Bauteile wie Leistungsschutzschalter müssen über einen ausreichenden Flammschutz verfügen. Doepke Schaltgeräte setzt dafür auf ein flammgeschütztes Polyamid von  Sax Polymers 

Flammschutz halogenfrei und ohne roten Phosphor

Elektronik

Giftige und korrosive Gase vermeiden

Für den Einsatz als Textilien müssen Polyamidfasern flammgeschützt sein. Eine interessante Alternative zu halogenhaltigen Flammschutzmitteln stellen inhärent flammgeschützt Polymere dar, die zusammen mit Polyamid zu Blends verarbeitet und anschließend zu Fasern gesponnen werden.

Bild 1. Gestrick aus unbehandeltem PA66 a) vor b) und nach der Brandprüfung, sowie Gestrick aus intrinsisch flammgeschütztem PA66 c) vor und d) nach der Brandprüfung: Die Wirkung des Flammschutzmittels ist gut zu erkennen.

Flammschutz von Kunststofffasern

Fasern

Blend

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Intrinsisch flammgeschütztes Polyamid

Flammschutz wird im E&E-Bereich stark nachgefragt. Lanxess hat dafür ein halogenfreies Additiv für glasfaserverstärkte Kunststoffe entwickelt.

Das Flammschutzmittel wurde primär für den Schutz von Bauteilen im E&E-Bereich entwickelt.

Mit phosphorbasiertem Additiv UL 94 V-0 erreichen

Flammschutz für E&E-Compounds

Für die Gehäuse einer Batteriemanagementeinheit und zweier Zellenüberwachungseinheiten wurde ein verzugsarmes und flammwidriges PBT-ASA-Material entwickelt. Beide Baugruppen finden seit Kurzem in Lithium-Ionen-Batteriesystemen eines Kleinwagens Verwendung. Der Konstruktionswerkstoff ist verzugsarm und flammwidrig. Außerdem weist er eine hohe Chemikalienbeständigkeit, geringe Emissionsneigung sowie hohe Zähigkeit und Steifigkeit auf. 

PBT-Blend für Bauteile in Akkusystemen in serienmäßigen Elektrofahrzeugen entwickelt 

Steckverbinder

Gehäuse aus Kunststoff

Energiemanagement / Ladetechnik

E-Power unter der Kunststoff-Haube 

Die geba group entwickelt und produziert seit ihrer Gründung im Jahr 1986 für Geschäftskunden aus aller Welt innovative und individuelle Lösungen in Form von technischen Thermoplasten.

geba Kunststoffcompounds GmbH  

https://www.geba.eu

Biokunststoffe

Compoundeure

Hochleistungskunststoffe

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Pigmente

Polyacetale

Polyacrylate

Polycarbonat

Polyester

Der Spezialchemie-Konzern Lanxess hat ein neues Konzept für Radarsensoren mit integriertem Wärmemanagement entwickelt. Zum Einsatz kommt eine Kombination von thermisch leitfähigem Kunststoff mit metallischem Kühlelement in Hybridtechnik.

Das Konzept für Radarsensoren sieht eine Wärmeabfuhr aus heißen Bereichen (hot spots) mit Hilfe von thermisch leitfähigen Kunststoffen in Kombination mit metallischen Kühlelementen vor

Polybutylenterephthalat

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Spritzgießen

Radarsensoren mit integriertem Wärmemanagement

Die Anteilseigner beabsichtigen, die Highsun Akro Engineering Materials (Changzhou) Co., Ltd. zu einem führenden Akteur auf dem chinesischen Markt für technische Thermoplaste auszubauen.

Bei der Vertragsunterzeichnung in Fuzhou/China

Internationale Wirtschaft

Wirtschaft

Unternehmen

kunststoffe.de

Akro-Plastic und Highsun gründen Joint-Venture

Als Lehmann&Voss&Co. am 16. August in der Hamburger Fischauktionshalle mit rund 600 Gästen sein 125-jähriges Firmenbestehen feierte, gab es eine besondere Kulisse: das Modell eines 3D-gedruckten Rennsegelboots aus einem maßgeschneiderten Material des Unternehmens. 

Lehmann&Voss&Co. feiert 125-jähriges Firmenbestehen 

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Additive Fertigung

Carbonfaser-verstärkte Renn-Yacht zum Jubiläum 

„Circular Economy“ ist nicht nur das Schwerpunktthema der K 2019, sie bildet auch den „grünen“ Faden beim Messeauftritt des Spritzgießmaschinenbauers und Systemanbieters Engel.

Dr. Stefan Engleder, CEO der Engel Gruppe: „Die Kunststoffindustrie trägt eine globale Verantwortung“

Engel befürwortet starkes Engagement der Kunststoffindustrie für Kreislaufwirtschaft

Doriat, Clemens, Dr.

Messe K-Kunststoffmesse

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Digitale Transformation

Innovationen und neue Technologie

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Spritzgießmaschinen

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Organobleche (gewebeverstärkte Thermoplast-Halbzeuge)

Ressourcenmanagement

Produktion

Ein zweites Leben für Kunststoffe

Johannes Kilian ist Leiter der Abteilung für Prozesstechnologien bei Engel. Im Gespräch mit ihm und Georg Steinbichler geht es um die Hebel der Digitalisierung, technische Durchbrüche und kritische Erfolgsfaktoren.

Interview mit Georg Steinbichler und Johannes Kilian zum Stabwechsel bei Engel

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Spritzgießmaschinen, allgemein

Prozesssimulation

Software

Simulation

Spritzgieß-Sonderverfahren

Spritzgießsimulation

Prozessvisualisierung

Prozessautomation

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Automatisierungstechnik

„Die Chancen der Digitalisierung nutzen“

Kurzfasermodifikation matrixreicher Zonen gewebeverstärkter, thermoplastischer Verbundwerkstoffe mittels In-Situ-Schmelzeimprägnierung – Einfluss auf quasi-statische Eigenschaften

Für einen effizienten Leichtbau werden vermehrt Faserverbundkunststoffe mit einer thermoplastischen Matrix eingesetzt. Wie können diese optimiert werden?

Für einen effizienten Leichtbau werden vermehrt Faserverbundkunststoffe mit einer thermoplastischen Matrix eingesetzt. Diese sogenannten Organobleche nutzen häufig textile Gewebe als Verstärkungsmedium. Aufgrund der textilen Architektur dieser Gewebe 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. 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. Technisches Ziel dieser Arbeit ist die Etablierung eines Konzeptes zur kontinuierlichen Imprägnierung von textilen Geweben mit thermoplastischer, kurzfasermodifizierter Matrix.

Das entwickelte Anlagenkonzept ermöglicht im Rahmen der Arbeit die direkte Infiltration eines Glasfasergewebes mit Polyamid 6 und unterschiedlichen Konzentrationen an Kurzglas- sowie recycelten Kurzkohlenstofffasern im Extrusionsprozess. 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 Erhöhung des Schubmoduls um bis zu 70 % verdeutlicht am eindrucksvollsten den Effekt der Kurzfasermodifikation. 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.

Verbundwerkstoff, Imprägnierung, Kurzfaser, Gewebe, Polyamid 6, Zug, Druck, Schub

For efficient lightweight construction, especially in the transport sector, fiber-reinforced plastics with a thermoplastic matrix are increasingly being used due to their economic processing, unlimited storage and recyclability. These so-called organo sheets often use textile fabrics as a reinforcement medium to increase the mechanical properties. Due to the textile architecture of these fabrics made of intersecting fiber bundles, resin-rich zones form in the organo sheet, which prevent the full potential of properties from being used. A modification of these matrix-rich zones thus represents a consistent approach to optimizing the performance of fabric-reinforced fiber composite materials.

The overriding goal of the present work is therefore to elucidate the influence of short fiber modification of the resin-rich zones of fabric-reinforced, thermoplastic composite materials in terms of structure-property relationships. The influence of short fibers from the infiltration of the fabric through the morphology to their effect on the quasi-static properties should be shown holistically and the morphological and mechanical influences should be correlated. To achieve the overriding goal, the establishment of a concept for the continuous impregnation of textile fabrics with a thermoplastic, short fiber modified matrix is therefore necessary and forms the technical goal of this thesis.

Based on a system concept for direct lamination and scientific and technical principles for impregnation, a technology for the continuous impregnation of textile fabrics from the melt is being developed. As part of the work, this enables the infiltration of a glass fiber fabric with polyamide 6 and different concentrations of short glass and recycled short carbon fibers. The morphological studies show that, due to the initial macro-impregnation, the short fibers accumulate up to a volume fraction of 3.6 % in the undulations or between the fiber bundles. A further increase in the short fiber content, however, leads to the formation of interleaf structures.

The short fiber modification of the undulations as well as the areas between fiber bundles shows a clear increase in the elastic properties under fabric-dominated tensile loads as well as under pressure and shear loads. The processing-induced orientation of the short fibers is the reason for the consistently pronounced improvement in the elastic material behavior in the extrusion direction. In addition to the processing-induced orientation, an influence of the

anisotropy or isotropy of the short fibers used on the properties in and against the direction of extrusion, especially under compression loading, can be observed. The increase in the shear modulus by up to 70 % most impressively illustrates the effect of short-fiber modification of fabric-reinforced organo sheets. In the case of short carbon fibers, it could be shown that the formation of transcrystalline structures also influences the increase in stiffness. A potential analysis at the end of the thesis shows that fully impregnated, short-fiber modified organotapes can be produced using the technology developed for continuous impregnation at a production speed of 2.4 m/min.

Herrn Professor Dr.-Ing. Volker Altstädt möchte ich meinen besonderen Dank für die Betreuung dieser Arbeit, die Möglichkeit zur eigenständigen Entwicklung der In-Situ- Imprägnierung sowie die große wissenschaftliche Freiheit verbunden mit einem hervorragenden analytischen Umfeld aussprechen. Herrn Professor Dr.-Ing. Peter Mitschang danke ich herzlich für die Übernahme des Koreferats.

Mein Dank gilt allen Mitarbeitern die mich in meiner Zeit am Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth begleitet, unterstützt und motiviert haben. Ganz besonders möchte ich mich bei allen Mitgliedern der Arbeitsgruppe „Thermoplastverarbeitung“, insbesondere Ute Kuhn, Bianca Fischer, Simone Patermann, Annika Pfaffenberger, Julia Utz, Tobias Bubmann und Christoph Callsen bedanken, welche immer mehr als nur Kollegen waren und durch wissenschaftliche Diskussionen, Humor sowie einem offenen Umgang einen Pfeiler dieser Arbeit darstellen. Anne Lang, Andreas Mainz, Alexander Brückner sowie der inzwischen leider verstorbenen Jacqueline Sun Uhm möchte ich für die Unterstützung und Anregungen bei den praktischen Arbeiten danken. In ganz besonderer Weise ist hierbei Markus Schirmer zu erwähnen, welcher mich in vielen Stunden am Extruder und bei der Entwicklung der In-Situ- Imprägnierung durch diverse Hochs und Tiefs begleitet hat und mit seiner technischen Expertise maßgeblich zum Erfolg der Imprägnierung beigetragen hat. Danken möchte ich auch den Studenten Alexander Wittmann, Joachim Knöchel, Daniel Knorr, Maximilian Streinz und Julian Daser, die zu den erzielten Ergebnissen beigetragen haben. Michael Groll und seinem Team der Mechanik Werkstatt der Fakultät für Ingenieurwissenschaften gilt mein Dank für die stets schnelle, unkomplizierte und professionelle Realisierung der konstruktiven Ansätze dieser Arbeit.

Herrn Dr.-Ing. Thomas Neumeyer möchte ich für viele konstruktive Diskussionen und Anregungen während der Bearbeitung sowie der detaillierten und kritischen Durchsicht dieser Arbeit danken.

Mein ganz besonderer Dank gilt meinen Eltern, Karl und Herta, sowie meiner Schwester, Susi, deren Rückhalt, Ansporn, Verständnis und Liebe stets ein Treiber zur Fertigstellung dieser Arbeit waren.

Der größte Dank gilt jedoch meiner Frau Michaela, welche mir während der ganzen Zeit der Arbeit selbstlos den Rücken freigehalten und mit ihrer bedingungslosen Liebe stets die Motivation und Unterstützung zur Fertigstellung gegeben hat. Meinen zwei Jungs, Maximilian und Jakob, danke ich für ihr Geduld in den Zeiten ohne Papa und ihrem einzigartigen Talent mich zur richtigen Zeit zum Lachen zu bringen und daran zu erinnern, was wichtig im Leben ist.

Faserverbundkunststoffe (FVK) oder faserverstärkte Kunststoffe sind, aufgrund der sehr niedrigen Dichte von Kunststoffen und der Möglichkeit eines anwendungsspezifisch angepassten Eigenschaftsprofils, eine etablierte Werkstoffklasse im Bereich Leichtbau. [1–3] Mit einem Marktvolumen von 31,2 Milliarden US-amerikanische Dollar im Jahre 2018 und einem prognostizierten Anstieg auf 38 Milliarden US-amerikanische Dollar bis 2023, haben FVK in einem weiten Anwendungsbereich ihren Einsatz gefunden und werden zukünftig noch weiter an Bedeutung gewinnen. [4]

Endlosfaserverstärkte Verbundkunststoffe nutzen das hohe Eigenschaftsprofil basierend auf den intrinsischen Eigenschaften der Fasern. Diese werden entweder als unidirektional ausgerichteten Fasern oder textile Flächen, wie beispielsweise Gewebe, eingebracht. Der Kunststoff in einem FVK bildet die sogenannte Matrix, welche die Verstärkungsfasern umhüllt und Formstabilität zur Gestaltung von Bauteilen ermöglicht. Zusätzlich realisiert die Matrix die Einleitung von Kräften in die Fasern, die Überleitung von Kräften zwischen den Fasern sowie den Schutz der Fasern gegenüber äußeren Einflüssen. Mit einem weltweiten Anteil von 61 % in 2017 bilden Duroplaste (engmaschig chemisch vernetzte Makromoleküle), wie Phenol- oder Epoxidharze, den Hauptanteil an Matrixkunststoffen. Eine gewebeverstärkter FVK weist im direkten Vergleich mit der unidirektionalen Verstärkung geringere Kosten bei reduzierten Eigenschaftsprofil auf. Diese reduzierten Eigenschaften, hauptsächlich mechanischer Natur, sind auf die orthotrope, ondulierende Fadenstruktur einer textilen Fläche aus den sogenannten Kett- und Schussfäden zurückzuführen. Diese Ondulationen führen wiederum zu einer Abnahme der Faserparallelität, wodurch die mechanischen Eigenschaften reduziert und zusätzlich matrixreiche Zonen erzeugt werden. In Kombination mit einer duromeren Matrix erhöhen diese matrixreichen Zonen die Gefahr einer spröden Rissbildung. [1–5]

Thermoplastische Kunststoffe als Matrixmaterialien bieten im Unterschied zu den Duromeren den Vorteil, dass sie multipel aufschmelzbar sind. Zudem ermöglichen sie die Verwendung von Verarbeitungsprozessen, welche sehr kurze Zykluszeiten für hohe Stückzahlen bei der Halbzeug- und Bauteilherstellung realisieren. Allerdings stellen bei Verarbeitungstemperatur die weitaus höheren Viskositäten (103 – 104 Pa*s), speziell bei der Infiltration von Fasern, eine Herausforderung dar. Thermoplastisch basierte Halbzeuge können

mittels Schweißprozessen oder durch Umspritzen weiterverarbeitet werden, bieten eine unbegrenzte Lagerzeit und ermöglichen eine bessere Recyclingfähigkeit des Matrixmaterials. Diese ökonomischen wie auch ökologischen Vorteile gegenüber den duromeren Matrixsystemen zeichnen sich in einem weltweiten Anstieg der thermoplastischen Matrices in Verbundbauteilen von 25 % in 2013 auf 39 % in 2017 ab. [1–5] Aber auch bei thermoplastischen Matrices führen matrixreiche Zonen, eingebracht durch die Ondulationen einer Gewebeverstärkung, zu einer Schwächung der Verbundeigenschaften. Neben der Erleichterung des Risswachstums führen diese Gebiete, speziell bei Druckbelastung, zu einer Reduktion der Steifigkeit und Festigkeit im FVK. [6–11] Eine weitere Funktionalisierung dieser Zonen bei gleichem Gewebevolumengehalt, beispielsweise mit Kurzfasern, während der Imprägnierung des Gewebes mit der polymeren Matrix, könnte somit eine Steigerung der mechanischen Eigenschaften erzielen.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, mittels der Entwicklung einer einstufigen in situ Imprägniertechnologie die matrixreichen Zonen eines gewebeverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs mit Kurzfasern zu dotieren und die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen dieser neuartigen Materialmodifikation aufzuklären.

2.1 Verstärkungswirkung von Fasern im Verbund

Neben der wichtigsten Eigenschaft für ein Material, dem Preis, sind das hohe Leistungsniveau in Kombination mit einer niedrigen Dichte Einsatzkriterien der Verbundwerkstoffe zur Substitution klassischer, metallbasierter Werkstoffe. Zur grundsätzlichen Realisierung einer Verstärkungswirkung können nach Alfred Puck drei Grundvoraussetzungen für Matrix und Verstärkungsfaser definiert werden [12]:

· Die Festigkeit der Faser muss größer als die der Matrix sein

· Die Steifigkeit der Faser muss größer als die der Matrix sein

· Die Bruchdehnung der Matrix muss höher sein als die der Faser

Der Grad an Eigenschaftssteigerung eines Verbundwerkstoffes im Vergleich zum reinen Kunststoff hängt neben der Faserart sowie der Faserlänge bzw. Faserlängenverteilung erheblich von den Faseranteilen, der Homogenität der Faserverteilung, der räumliche Ausrichtung der Fasern, der Grenzfläche und den Eigenschaften der Matrix ab. [13–16] Zusätzlich zu dieser primären Verstärkung des Polymers können durch die Einbringung der Faser in die Matrix sekundäre Effekte auftreten, welche Einfluss auf die Mikrostruktur des Verbundes nehmen können. Beispielhaft ist die nukleierende Wirkung von Fasern in teilkristallinen Polymeren, molekulare Konformationseffekte der Polymerketten an der Grenzfläche oder Effekte basierend auf dem Lösen oder Reagieren der Schlichte bzw. des Finish zu nennen [17].

Das hohe Leistungsniveau von Faserverbundwerkstoffen ist hauptsächlich den in die polymere Matrix eingebetteten Fasern mit gutem, spezifischem (auf das Gewicht bezogen) Eigenschaftsprofil zuzuschreiben. Allerdings darf nicht außer Acht gelassen werden, dass die Matrix bzw. die Matrix-Faser-Grenzfläche durch die Kraftübertragung in die Faser erst eine Nutzung dieser Eigenschaften ermöglicht.

Fasern welche für FVK technisch eingesetzt werden, lassen sich grundsätzlich in die vier Arten Kohlenstoff-, Glas-, Aramid- und Naturfaser einteilen. Aramidfasern bilden nur ein sehr

kleines Marktsegment der Verstärkungsfasern für FVK und werden hauptsächlich für den Asbestersatz in Reib- und Bremsbelägen, Verstärkung von Gummi für Reifen, ballistische Anwendungen und Lichtleiterkabel eingesetzt. Naturfasern können, basierend auf ihren Ursprung, nochmals in pflanzliche, tierische und mineralische Fasern unterteilt werden. Mit Ausnahme der mineralischen Basaltfasern, eignen sich hauptsächlich pflanzliche und somit Zellulose basierte Fasern (Flachs, Hanf, Jute, usw.) und bieten mit ihrer sehr niedrigen Dichten als nachwachsender Rohstoff ein nachhaltigen Leichtbauwerkstoff. Allerdings besteht bei den Naturfasern bei hohen Verarbeitungstemperaturen das Risiko der Zersetzung, worin eine Limitierung in der Auswahl der Matrixsysteme resultiert. Zusätzlich beeinflussen die Bodenbeschaffenheit und die klimatischen Bedingungen bei Wachstum und Ernte die physikalischen Eigenschaften der Fasern und führen zu Qualitätsschwankungen. [2,3,18]

Glasfasern bilden aufgrund ihres Preis-Leistungs-Verhältnises mit Abstand den für FVK am meisten eingesetzten Fasertyp. Quarzmehl, Flussspat, Kaolin, Kalkstein und Colemanit bilden die Grundbausteine einer Glasfaser. Diese werden aufgeschmolzen, geläutert (Austreiben von Gasblasen in der Schmelze) und das aufgeschmolzene Gemisch fließt anschließend durch eine Spinndüse (Bushing). Hierbei wird die Glasfaser von dem anfänglichen Durchmesser der Düse (1–2 mm) auf einen Durchmesser von 5 – 24 µm gezogen und abgekühlt. Die Herstellung von Glasfasern, sowie die Zusammensetzungen aus Netzwerkbildner und -wandler der unterschiedlichen Glasfasertypen und deren Einfluss auf die Fasereigenschaften wurde in einschlägiger Literatur schon ausführlich beschrieben und soll in dieser Arbeit nicht weiter thematisiert werden. Das Fachbuch von Roman Teschner

„Glasfasern“ kann in diesen Zusammenhang als äußerst umfangreiches und detailliertes Werk angeführt werden. [2,3,19]

In Tabelle 1 sind die individuellen Eigenschaften von unterschiedlichen Textilglas- fasertypen dargestellt. Die E-Glasfaser ist hierbei der Glasfasertyp welcher am häufigsten seinen Einsatz in Faserverbundwerkstoffen findet. Eine Besonderheit aller Glasfasern ist ihre Isotropie, d.h. sie weist in und quer zur Faserrichtung die gleichen Werkstoffeigenschaften auf. Um diese Fasereigenschaften im Verbund mit der polymeren Matrix, welche die Kräfte ein- und überleitet, effektiv nutzen zu können, ist eine optimale Faser-Matrix-Anbindung notwendig. Bei der Herstellung von Glasfasern wird eine sogenannte Schlichte auf die Fasern aufgetragen, welche primär eine Beschädigung der Glasfilamenten bei ihrer Herstellung

vermeiden soll. Kunststoffschlichten besitzen im Gegensatz zu der klassischen Textilschlichte neben den Grundkomponenten Filmbildner, Gleitmittel und Netzmittel jedoch zusätzliche Haftvermittler zur optimalen Kopplung mit der Polymermatrix. Organofunktiononelle Silane (γ-Amino-propyltriethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, usw.), welche meist zu Silanolen hydrolysiert werden, werden in Konzentrationen von 0,2 – 1,0 Gew.% am häufigsten als Haftvermittler in der Schlichte eingesetzt. Bei einigen Glasfaser-Polymer-Kombinationen ist eine optimale Anbindung mit einem sogenannten Finish zu erzielen. Die Faser oder die textile Fläche wird hierbei mit einem hydrolisierten Silan versehen, welches nach dem Trocknen als reines Polysiloxan auf der Glasfaseroberfläche vorliegt. Zu beachten ist hierbei allerdings, dass die Fasern bei einigen Anwendungen erst chemisch oder meist thermisch entschlichtet werden müssen. Dies kann zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Fasern führen.[19]

Tabelle 1 Eigenschaften unterschiedlicher Textilglasfasertypen [2,20]

 Zugmodul Zugfestigkeit Schubmodul Bruchdehnung Dichte

Dissertation_Stefan_Moerl.pdf

2022-04-13 Dissertation Stefan Mörl

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