Untersuchungen zur Bindenahtfestigkeit von technischen Bauteilen aus kurzfaserverstärkten Thermoplas

FKM 2001
Heft Nummer 265
Vorhaben Nr. 232

Kurzfassung:

Fasergefüllte Thermoplast-Spritzgußteile weisen aufgrund der durch die Verarbeitung induzierten Faserorientierung eine Anisotropie der Eigenschaften auf. Beim Füllen der Kavität kann es durch strömungsbedingte Störungen zum Aufeinandertreffen von Schmelzefronten kommen, wobei sog. Bindenähte entstehen. Unterschieden werden hierbei Bindenähte, die einerseits beim frontalen Aufeinandertreffen mit sofortigem Stillstand der Fließfronten gebildet werden und die andererseits entstehen, wenn die zusammentreffenden Schmelzefronten dann parallel weiterfließen. Im Gegensatz zu unverstärkten Thermoplasten kommt bei faser- verstärkten hinzu, dass sich die Fasern entlang einer Bindenaht orientieren. Die Folge ist, dass Bauteile unter Belastung senkrecht zur Bindenaht kaum die Festigkeit der unverstärk- ten Matrix erreichen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es deshalb, die Zusammenhänge zwischen Geometrie, Verarbeitung, Struktur und Eigenschaften näher zu untersuchen sowie die Vorhersagbarkeit mittels kommerzieller Formfüllsimulationssoftware anhand experimenteller Studien zu über- prüfen. Die wesentlichen Ergebnisse des Forschungsvor1labens sind, dass zwischen symmetrischen Bauteilen und komplexeren Geometrien bei der Vorhersage mittels Formfüllsimulation von Bindenahtlage und -länge zu trennen ist. Bei symmetrischen Geometrien ist die Vorhersage unbefriedigend und lässt sich nur durch Modifikationen korrigieren. Bei komplexeren Geometrien und einer entsprechenden Angießtechnik -Beispiel eines Praxisbauteil -entspricht die Vorhersage weitestgehend der experimentellen Formfüllstudie und den mikroskopischen Untersuchungen der Faserorientierung. Hier hat die Durchströmung der Bindenahtregion teilweise zu einer Eliminierung der bindenahttypischen Orientierung geführt. Diese Erkenntnisse erlauben dem Produkt- und Werkzeugentwickler eine bewusste Nutzung der Formfüllberechnungen. Es können weiter verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung einer Durchströmung der Bindenaht abgeleitet werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. Berichtsumfang:
30 S., 27 Abb., 1 Tab., 24 Lit Beginn der Arbeiten:
01.02.1999 Ende der Arbeiten:
31.03.2001 Zuschussgeber:
BMWi, AiF-Nr.: 11939 B Forschungsstelle:
Professur für Kunststoffverarbeitungstechnik, Technische Universität Chemnitz 09107 Chemnitz Prof. Dr.-lng. G. Mennig Bearbeiter und Verfasser:
Herr Prof. Dr.-lng. habil. F. Meyer Frau Dipl.-lng. I. Kühnert Obmann des Arbeitskreises:
Herr Dr.-lng. A. Singer, Sachsenring AG Vorsitzender des Beirates:
Dr.-lng. h. c. J. Rabe, Sachsenring AG