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Mechanische Eigenschaften von PET-Strangschäumen auf unterschiedlichen Größenskalen

Kunststoff-Hartschäume weisen einen breiten Einsatz in strukturellen Anwendungen auf. Das Verständnis des komplexen Zusammenspiels von Zellmorphologie, Zelldeformation und resultierenden mechanischen Eigenschaften des Schaumes ermöglichen zukünftig Schäume mit gezielt verbessertem Eigenschafts-Gewichts-Verhältnis. In der vorliegenden Arbeit werden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von PET-Schäumen (Strand PET Foams) in einem Dichtebereich von 80 bis 200 kg/m3 aufgestellt. Die Kombination der holzähnlichen Mikrostruktur mit der einer Honigwabe führt zu einem deutlich anisotropem mechanischen Verhalten. Es konnten hierbei zwei fundamental-unterschiedliche Deformationsmechanismen identifiziert werden. Bei einer Belastung orthogonal zur Schaumplatte erfolgt eine starke axiale Deformationsantwort der ineinander verhakten und gedehnten Zellen, gefolgt von einem lokalen, plastischen Knicken der Zellwände. Im Gegensatz hierzu zeigt sich bei einer Belastung in Plattenebene eine plastische Deformation der Zellwände und -stege. In einem weiteren Schritt wurden die zuvor ermittelten Korrelationen für unterschiedliche Schaumdichten überprüft. Hierdurch wird im Rahmen eines völlig anderen experimentellen Versuchsaufbaus bestätigt, dass die Zelldeformation bei Belastung senkrecht zur Bauteilebene dehnungsdominiert (stretch-dominated) erfolgt und bei einer Belastung in Plattenebene eher eine biegungsdominierte Deformation der Zellen vorliegt (bending-dominated). Die Versuchsergebnisse der Dichtevariationsstudie sowie der in-situ Deformationsmessungen stehen demnach in Einklang und bestätigen die zugrundeliegende Hypothese. Ebenso wurde aufgezeigt, dass bei PET-Schäumen mit hoher Dichte (200 kg/m3 ) die gemessenen mechanischen Eigenschaften unterhalb derer liegen, die bei Anwendung der Dichteskalierung zu erwarten wären. Die Reduzierung des Zellenaspektverhältnisses bei hohen Dichten bewirkt einen veränderten Deformationsmechanismus, wodurch es zu einer Abweichung der Versuchsergebnisse von den theoretisch zu erwartenden mechanischen Eigenschaften kommt.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Amir Fathi

Amir Fathi
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Universität Bayreuth

Informationen

Freie Schlagwörter: Polymerschäume, PET Schaum, Druck Verhalten, Anisotropie, Zellenmorphologie, Optische Dehnungsmessung
Institut / Lehrstuhl: Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth
Sprache: Englisch
Fachgutachter: Professor Dr.-Ing. Volker Altstädt, Professor Dr.-Ing. Alois K. Schlarb
Erscheinungsjahr: 2018
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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