Grundlagenuntersuchungen zum Festigkeitsmechanismus von Mischmaterialverbindungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Gehde (†)
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230501039

Mischmaterialien, sogenannte Polymerblends, werden hergestellt, um die Vorteile der Ausgangsstoffe zu vereinen, diese über Synergien zu verstärken oder ein bestimmtes Eigenschaftsniveau des Compounds einzustellen. Eine Mischbarkeit unterschiedlicher Kunststoffe ist nur für wenige Werkstoffkombinationen bekannt. Im Fall unverträglicher Kunststoffe können physikalische oder chemische Kompatibilisatoren genutzt werden, um zumindest eine gewisse Mischbarkeit in der Grenzfläche der Komponenten zu erreichen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Polyolefine und Polyamid zu schweißen und den Festigkeitsmechanismus dahinter zu verstehen. Die beiden Kunststoffarten sind im Ausgangszustand unverträglich und bilden daher keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften beim Schweißen, für technische Anwendungen, aus. Um den Zustand der Unverträglichkeit positiv zu verändern, wird der Werkstoff eines Fügepartners in einem vorhergehenden Verarbeitungsprozess chemisch modifiziert. Dabei wird Maleinsäureanhydrid als Kompatibilisator in einem reaktiven Extrusionsprozess an die Makromoleküle der Polyolefine gebunden. Der Kompatibilisator ermöglicht im Nachgang eine begrenzte Mischbarkeit der unterschiedlichen Kunststoffe. Die Reaktivblends werden mit einem Fügepartner aus nicht modifiziertem Kunststoff geschweißt und die Prozessparameter hinsichtlich optimaler mechanischer Eigenschaften variiert. Während des Forschungsvorhabens sollen das Heizelement- und das Vibrationsschweißen betrachtet werden. Die Verfahrensauswahl begründet sich mit den grundsätzlich verschiedenen Arten der Wärmeeinbringung und den unterschiedlichen rheologischen Bedingungen beim Fügen. Beim Heizelementschweißen wird die Fügezone zuerst durch Wärmeleitung aufgeschmolzen und die beiden Fügepartner danach gefügt. Beim Vibrationsschweißen fallen die beiden Prozessphasen Erwärmen durch Reibung und Fügen zusammen. Dadurch besteht das Potential unterschiedliche Mischungszustände in der Fügeebene aufzufinden. Die mechanischen und physikalischen Werkstoffeigenschaften der Compounds sowie der Schweißnähte sollen mit Hilfe moderner analytischer Verfahren charakterisiert werden, um den Festigkeitsmechanismus zu beschreiben. Mit dem umfassenden Verständnis über den Wirkmechanismus bei den untersuchten Mischmaterialschweißungen kann ein Transfer der Erkenntnisse auf andere Werkstoffkombinationen erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen