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Direktverarbeitung von langfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen und deren statische und dynamische mechanische Eigenschaften

Das mechanische Verhalten thermoplastischer Verbundwerkstoffe wird im Wesentlichen von der Länge der Fasern beeinflusst. Allerdings unterliegen die Fasern bereits während der Verarbeitung starkem Faserlängenabbau, weshalb zunehmend Direktverfahren Anwendung finden, um die Fasern vor Schädigung zu schützen und Faserverbundwerkstoffe mit möglichst hohen Faserlängen zu erzeugen. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss des Aspektverhältnisses insbesondere auf das Ermüdungsverhalten von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen untersucht und ein mathematischer Ansatz entwickelt, der die mittlere Faserlänge bzw. das Aspektverhältnis mit den Ermüdungseigenschaften in Korrelation setzt.

Hierzu werden zunächst die Effekte der Prozessführung während der Direktverarbeitung von Polypropylen und Polyamid 66 mittels eines IMC-Spritzgießcompounders auf die Faserlänge untersucht und quantifiziert. Auf diese Weise wird es möglich, direkten Einfluss auf die Faserlänge im Faserverbundkunststoff zu nehmen und die Faserlänge an die späteren Anforderungen anzupassen. Die umfangreiche Analyse der im Zugversuch an Proben mit unterschiedlicher Faserlänge gewonnenen Daten zeigt, dass sowohl E-Modul als auch Zugfestigkeit in deutlichem Maße von der Faserlänge abhängen. Die mathematischen Modelle von Halpin und Tsai bzw. Kelly und Tyson erlauben eine Approximation von Modul und Zugfestigkeit. Anschließende dynamische Laststeigerungsversuche ebenfalls an Proben mit unterschiedlicher Faserlänge und die Auswertung der Ergebnisse nach der Faserlänge erlauben die Definition eines Modells, welches den Zusammenhang zwischen Faserlänge und Ermüdungseigenschaften darstellt.

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