Charakterisierung von Verbundwerkstoffen mit thermoplastischer Matrix

Abstract

Faserverstärkte Kunststoffe haben einen sehr wichtigen Platz als Konstruktionswerkstoff eingenommen. Ihre hervorragenden Eigenschaften in Faserrichtung und ihre geringe Dichte machen sie zu einem wichtigen Werkstoff im Leichtbau. Neben ihrer hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit ist auch ihre individuelle Gestaltbarkeit ein besonderes Merkmal. Sie erlaubt dem Konstrukteur durch Wahl des Lagenaufbaus, der Richtung der Fasern und Anzahl der Laminateinzelschichten das Bauteil bestmöglich zu designen. Wegen der guten Langzeiteigenschaften werden heutzutage Verbundwerkstoffe hauptsächlich mit Duroplasten als Matrixmaterial hergestellt. Demgegenüber stehen die Vorteile der Thermoplaste wie beispielsweise die geringen Kosten, die kurze Prozessierbarkeit, die Recyclingfähigkeit und die guten mechanischen Eigenschaften, die einen in Zukunft verstärkten Einsatz wahrscheinlich machen. Zur Zeit gibt es nur wenige Werkstoffparameter von endlos-faserverstärkten Thermoplasten. Im Zuge dieser Arbeit sollen Werkstoffdaten aus kohlefaserverstärkten Thermoplasten mit unterschiedlichen Matrixmaterialien generiert werden. Als Kunststoffmatrices soll vergleichsweise kostengünstiges Polypropylen mit Polyamiden wie PA 6, PA 12, PA 410 und einem auf PA 10T basierendem Polyphthalamid verglichen werden. Die Bestimmung der Kunststoffe erfolgt dabei über eine DSC-Analyse. Der Faservolumengehalt wird mit einer TGA-Analyse determiniert. Für die mechanischen Parameter werden Zugversuche, Biegeversuche und eine Prüfung auf scheinbare interlaminare Scherfestigkeit durchgeführt. Im Fokus dieser Arbeit stehen nicht nur die mechanischen und thermischen Eigenschaften, sondern auch die Verfügbarkeit und Verarbeitbarkeit sind von Interesse.

Fibre reinforced plastics are important designing materials. Their excellent properties in fibre direction and their low density make them an essential material in lightweight construction. Besides their high specific strength and stiffness, the individual malleability is a special feature. The variety of the composition of the layers, the direction of the fibres and the amount of the layers allow the designing engineer to create each component the best possible way. Thanks to their good long-term properties composite materials are mainly produced with thermoset resins these days. However, the advantages of thermoplastic resins like the short processability, the recyclability and the good mechanical properties will lead to their increased use in the future. Currently there are only few material parameters of fibre reinforced thermoplastics. In the course of this thesis material data of carbon reinforced thermoplastics with different matrices shall be generated. Therefore, comparatively cheap polypropylene will be compared with polyamides like PA 6, PA 12, PA 410 and a polyphthalamide based on PA 10T. The determination of the plastics is facilitated by a DSC-analysis. The fibre volume fraction is determined by a TGA-analysis. The mechanical parameters are generated with a tensile test, a bending test and a test of apparent interlaminar shear strength. Besides the mechanical and the thermal properties, the availability and the processability of the materials materials are considered for the evaluation.