30.07.2014

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IKV: Forschungsprojekt ermittelt Berechnungsverfahren für langfaserverstärkte spritzgegossene Thermoplasten

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen erforscht derzeit ein Berechnungsverfahren für langfaserverstärkte spritzgegossene thermoplastische Werkstoffe (LFT). Dieser Werkstoff hat sich für den Einsatz in hoch beanspruchten Strukturbauteilen insbesondere in der Automobilindustrie durchgesetzt. Allerdings ist das Potenzial von LFT bei weitem nicht ausgeschöpft. Zur Erschließung neuer Anwendungen ist aber die Verfügbarkeit zuverlässiger Berechnungsverfahren eine der Grundvoraussetzungen.

Langfaserverstärkte thermoplastische Werkstoffe füllen durch ihr Eigenschaftsprofil die Nische zwischen den kurzfaserverstärkten Thermoplasten (SFT) und den endlosfaserverstärkten Werkstoffen mit duroplastischen Matrixsystemen. Gegenüber den kurzfaserverstärkten Thermoplasten bieten LFT vor allem den Vorteil einer höheren Festigkeit und Schlagzähigkeit. Gegenüber duroplastischen Werkstoffen erweisen sie sich aufgrund ihrer wirtschaftlichen Verarbeitbarkeit im Spritzgießverfahren als vorteilhaft.

Berechnungsverfahren für SFT, die bereits am Markt verfügbar sind, lassen sich aber nur bedingt für die Berechnung von LFT anwenden, da die mathematischen Modelle für Kurzfasern aufgrund von Vereinfachungen für Langfasern nur eingeschränkt gültig sind. Das betrifft zum einen die Berechnung von Faserorientierungen und zum anderen die Annahme einer homogenen Faserlänge innerhalb des Verbunds. Die Fasern in LFT-Bauteilen richten sich jedoch in der Schmelze langsamer aus als Kurzfasern. Und es kommt bei der Verarbeitung von Langfasern zum Bruch der Fasern, was eine spezifische Faserlängenverteilung zur Folge hat.

Ziel des Forschungsprojekts am IKV ist es daher, ein integratives Berechnungsverfahren für LFT aufzubauen. Dieses Modell soll sowohl die Faserorientierungen anhand von Orientierungsmodellen berechnen, die speziell für Langfasern entwickelt wurden, als auch die Faserlängenverteilung berücksichtigen. Mithilfe von experimentell ermittelten Messdaten werden dann im Reverse-Engineering-Verfahren die Faserorientierungsmodelle und auch die mechanische Werkstoffbeschreibung kalibriert. Anhand eines praxisnahen Modellbauteils soll schließlich die Berechnungsmethode validiert werden.

Das Projekt wird über die AiF im Rahmen der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

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