Ertüchtigung der Verbindungszone vibrationsgeschweißter Nanokomposite durch Modifikation von Material, Prozess und Fügeteilgeometrie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alois K. Schlarb
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328798306

Thermoplastische Kunststoffe werden wegen ihrer geringen Dichte und ihren guten Verarbeitungsmöglichkeiten in vielen Bereichen wie Verpackung oder Leichtbau genutzt. Um verschiedene Eigenschaften, zum Beispiel optische Eigenschaften, Leitfähigkeit oder auch mechanische Eigenschaften, zu verbessern, werden gezielt Verstärkungsstoffe eingesetzt. Bisherige Untersuchungen zu Fügeprozessen, unter anderem dem Vibrationsschweißen, ergaben jedoch, dass die mechanischen Eigenschaftens (insbesondere die Zähigkeit) von (Nano-)Kompositen im Gegensatz zu ungefüllten Thermoplasten durch den Fügeprozess deutlich (bis zu 50%) abnehmen. Hintergrund sind dafür insbesondere fließinduzierte Veränderung der Orientierung von Füllstoffen und Molekülen senkrecht zur Fügerichtung sowie eine veränderte Morphologie nach dem Abkühlen gegenüber spritzgegossenen Formteilen. Die Fügezone ist nach heutigem Kentnisstand eine extreme Schwachstelle im Bauteil, sodass die verbesserten Eigenschaften von Nanokompositen im geschweißten Bauteil bei gleicher Wandstärke nicht ausgenutzt werden können. Das Projekt soll dieses Problem lösen. Dazu sollen drei Ansätze verfolgt werden: die gezielte lastpfadbeogene Verstärkung mit Carbon-Nanotubes auf Basis bisheriger Erkenntnisse mit einer günstigeren Orientierung aufgrund ihrer Steifigkeit, die Veränderung der Morphologie durch gezielte Wärmebehandlung im Anschluss an den Fügeprozess sowie eine gezielte Veränderung der Fließbedingungen und damit der finalen Orientierung in der Fügezone durch eine Veränderung der Fügeteilgeometrie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen