Verfahrenseinflüsse beim kombinierten Kompaktier- und Hinterspritzverfahren zur Fertigung eigenverstärkter Verbunde

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Peter Heim
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 376572189

In einem Extrusionsprozess können durch die Kombination aus Schmelzedeformation und Kaltverstreckung hoch feste Faser- und Bändchenmaterialien hergestellt werden, welche stark anisotrope Eigenschaften besitzen und in Orientierungsrichtung 5 bis 6-fach höhere Festigkeiten und Steifigkeiten als eine herkömmlich spritzgegossene Proben aufweisen. Diese Eigenschaften werden gezielt für die Herstellung von eigenverstärkten Verbunden eingesetzt. Die Fasern oder Bändchen werden zu Textilhalbzeugen weiterverarbeitet in mehreren Lagen geschichtet über einen Heißkompaktierprozess zu eigenverstärkten Verbundsystemen konsolidiert.Ziel dieses Projekts ist die Erforschung notwendiger Grundlagen um die Prozesseinflüsse bei einem kombinierten Heißkompaktier- und Hinterspritzprozess zur Herstellung eigenverstärkter Verbunde beurteilen zu können. Dieser Prozess macht die Herstellung eigenverstärkter Verbunde über die Konsolidierung und das gleichzeitige Anspritzen von bspw. Versteifungsrippen in einem Werkzeug möglich. Die Konsolidierung der Textilhalbzeuge erfolgt in den hinterspritzten Bereichen alleine über den Einspritzdruck der Kunststoffschmelze. Durch die einströmende Schmelze werden die Mikrostrukturen im Material beeinflusst, welche in direktem Zusammenhang mit den mechanischen Eigenschaften der eigenverstärkten Verbunde stehen. Durch die Temperatursensitivität können aus Textilhalbzeugen hergestellte Verbunde über die Prozesseinstellungen gradiert, also lokal unterschiedliche mechanische Eigenschaften herbeigeführt werden. Durch diese Möglichkeit können bspw. Bereiche mit unterschiedlicher Steifigkeit in einem Bauteil erzeugt werden. Dies geschieht lediglich Aufgrund der unterschiedlichen Prozessführung, das Ausgangmaterial ist identisch. Hergestellt werden somit Monomaterialsysteme, welche aus konsolidierten Textilhalbzeugen und einer Spritzgusskomponente des gleichen Polymers bestehen, wodurch sich hervorragende Recycling-Eigenschaften ergeben.Forschungsziel des Projekts ist die Auswirkung des kombinierten Kompaktier- und Hinterspritzprozesses auf die Mikrostrukturen im Material, den Verzug der Probekörper, die Anhaftung zwischen Schmelze und Verbund, die mechanischen Eigenschaften des Gesamtverbunds und die lokal vorherrschenden Druck- und Temperaturniveaus entlang des Fließweges, mit und ohne Einbringung einer thermischen Gradierung des eigenverstärkten Verbunds, zu untersuchen. Die lokalen Bedingungen werden abschließend in einem Modell zur Beschreibung zusammengefasst. Die Forschungsergebnisse sollen die Basis für eine Beschreibung des Prozesses und die Auslegung von mittels des beschriebenen Verfahrens hergestellter Bauteile bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen