Grundlegende Erforschung der Spannungsrissbeständigkeit von vibrationsgeschweißten thermoplastbasierten Nanokompositen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Leyu Lin
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500316732

Stehen thermoplastische Produkte unter gleichzeitiger Wirkung von mechanischer Beanspruchung, d. h. externer Spannung und Eigenspannung, und einem aggressiven Medium, kann sogenannte Spannungsrissbildung (ESC) initiiert werden, was zu einem vorzeitigen katastrophalen Versagen der Produkte führt. Vorzeitiges Bauteilversagen aufgrund von Spannungsrissbildung ist oft schwerwiegend und kann in der Medizintechnik sogar lebensbedrohlich sein. Das grundlegende Verständnis des Spannungsrissverhaltens und die Verbesserung der Spannungsrissbeständigkeit von Kunststoffen sind noch große Herausforderungen. Bekannt ist, dass sowohl eine Erhöhung des Molekulargewichts als auch die Einarbeitung von nanoskaligen anorganischen Partikeln die Spannungsrissbeständigkeit von Thermoplasten verbessern und damit die Lebensdauer der daraus hergestellten Bauteile verlängern können. Solche Kunststoffprodukte werden häufig als Schweißteile ausgelegt. Diese sind ebenfalls spannungsrissanfällig, bisher wurde die Spannungsrissbeständigkeit von Schweißverbindungen jedoch kaum untersucht. Das übergeordnete Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Wirkung von Nanofüllstoffen mit unterschiedlichen Geometrien, sphärisches Nano-Siliziumoxid und stäbchenförmige Kohlenstoffnanoröhren, auf das Spannungsrissverhalten von vibrationsgeschweißten PP- und PC-Nanokompositen unter Einfluss verschiedener spannungsrissauslösender Medien und Umgebungstemperaturen zu erforschen. Dabei soll der Einfluss der Orientierung der stabförmigen Kohlenstoffnanoröhren innerhalb des Schweißbereichs auf das Spannungsrissverhalten besonders berücksichtigt werden. Es wird erwartet, dass die gewonnenen Erkenntnisse zu einem tiefen Verständnis des Spannungsrissverhaltens geschweißter Kunststoffbauteile beitragen können und schließlich zu einer rationellen Entwicklung spannungsrissbeständiger Werkstoffe mit verlängerter Lebensdauer und erhöhter Anwendungssicherheit für das Schweißen führen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Alois K. Schlarb