Entwicklung eines Homogenisierungsansatzes zur Beschreibung des mechanischen Deformationsverhaltens von thermoplastischen Vulkanisaten unter Berücksichtigung der verarbeitungsbedingten Anisotropie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448100263

Der Bedarf an Kunststoffen mit ausgeprägten gummiartigen Eigenschaften steigt stetig an. Zu diesen Werkstoffen zählen seit Jahrzehnten die klassischen Elastomere und seit jüngerer Zeit auch thermoplastischen Elastomere (TPE), welche aus einer thermoplastischen und elastomeren Phase bestehen. Hierdurch werden die Gebrauchseigenschaften der Elastomere mit den Verarbeitungseigenschaften der Thermoplaste kombiniert.Unter den TPE besitzt die Gruppe der thermoplastischen Vulkanisate (TPV) eine besondere Rolle. Bei den TPV liegt die Elastomerphase vernetzt und fein dispergiert in der kontinuierlichen Thermoplastphase vor. Durch die Verarbeitung im Spritzgießen entstehen aufgrund lokal unterschiedlicher Orientierungs- als auch Dispergierungsvorgänge eine verarbeitungsbedingte Phasenmorphologie. Diese führt zu einer stark ausgeprägten Anisotropie der mechanischen Eigenschaften. In der Literatur finden sich zwar Arbeiten, die sich mit dem Zusammenhang der morphologischen Eigenschaften mit dem mechanischen Verhalten sowie mit deren ModellierungDFG-Vordruck 54.011 – 03/18 Seite 3 von 6beschäftigen. Allerdings bestehen aktuell keine adäquaten Beschreibungsansätze zur Verfügung, welche den Zusammenhang des richtungsabhängigen Materialverhaltens in Abhängigkeit der Material-zusammensetzung berücksichtigen. Daher kann dieser Bereich als unerforscht bezeichnet werden.Das geplante Forschungsvorhaben setzt dort an. Eigene Forschungsarbeiten zeigen, dass das nichtlineare Werkstoffverhalten von TPE in Fließrichtung über die Erweiterung von bestehenden hyperelastischen Materialmodellen mit guter Genauigkeit abgebildet werden kann. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass der zu beschreibende Werkstoff ein isotropes Werkstoffverhalten aufweist. Bei der Übertragung des Modellierungsansatzes auf anisotropes Werkstoffverhalten wird das nichtlineare Materialverhalten unzureichend abgebildet. Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung eines Homogenisierungsansatzes zur Beschreibung des mechanischen Werkstoffverhaltens von thermoplastischen Vulkanisaten unter Berücksichtigung der verarbeitungsbedingten Anisotropie mit Hilfe eines repräsentativen Volumenelements (RVE).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen