Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen integral gefertigter, langfaserverstärkter Polymerschaumsandwichbauteile

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Elsner (†)
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256610470

Ziel des Projektes ist die Untersuchung von Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von langfaserverstärkten, thermoplastischen Integralschäumen, die durch unterschiedliche Schaumspritzgießverfahren hergestellt wurden. Im Einzelnen ist dies zum einen das etablierte MuCell®-Verfahren der Fa. Trexel Inc., welches heute den Stand der Technik darstellt und im Rahmen des Projektes als Referenzverfahren dienen soll, zum anderen ein neuartiges LFT-D-Schaum-Verfahren, welches auf einer gravimetrischen Treibmittelbeladung der Schmelze im Doppelschneckenextruder beruht.Beide Varianten des Thermoplast-Schaumspritzgießens (TSG) resultieren prinzipiell in einer Integralschaumstruktur, die nur aus einem einzigen Material (LFT) besteht und vereinfacht als Sandwichaufbau betrachtet werden kann. Dabei sind alle Teile des Sandwiches (Kern und Deckschicht) mit Langglasfasern verstärkt. Für unverstärkte Materialien sind die Zusammenhänge beim TSG zwischen Werkstoff- und Prozessparametern einerseits und den sich einstellenden Schaumstrukturen sowie die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften andererseits bereits gut erforscht. Ungeklärt ist das Verhalten von langfaserverstärkten Materialien. Diese Lücke soll im Rahmen dieses Projekts geschlossen werden. Für die Untersuchungen soll ein modular aufgebautes Tauchkantenwerkzeug mit der Möglichkeit einer variothermen Prozessführung zur Einstellung des Kern-/Deckschichtverhältnisses zum Einsatz kommen. Wechselbare Kerne für das Werkzeug bieten dabei eine große Flexibilität, beispielsweise um das Schäumverhalten bei unterschiedlichen Geometrien (z.B. Rippen, Sicken, Schraubdome, etc.) zu untersuchen. Dabei stellt sich die Frage, wie die eingebrachten Fasern den Schäumprozess eventuell beeinflussen, wie gezielt über die Prozessparameter Schaumanteil und Deckschichtanteil eingestellt werden können, welche Mikrostruktur hinsichtlich Porengröße und -verteilung sich dabei ergeben und in welcher Weise die Fasern durch den Spritz- und Schäumprozess im Verbund orientiert sind. Außerdem ist zu klären, ob die bei unverstärkten Schäumen bekannten Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen ebenso auf langglasfaserverstärkte Strukturschäume anwendbar sind. Darüber hinaus sollen diese Erkenntnisse mit sich ergebenden mechanischen Eigenschaften korreliert werden und ein Abgleich mit Materialmodellen stattfinden. Von Interesse ist dabei insbesondere das Verhalten unter quasistatischer und Impact-Beanspruchung. In diesem Zusammenhang werden auch die Unterschiede zwischen den Verfahrensvarianten diskutiert, da erwartet wird, dass das LFT-D-Schaum-Verfahren größere Faserlängen im Endprodukt erlaubt als das MuCell®-Verfahren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Spritzgießwerkzeug
• Gerätegruppe: 2210 Kunststoffpressen und -spritzgußgeräte
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Kay A. Weidenmann