Thermo-mechanischer Umformprozess eigenverstärkter thermoplastischer Gradientenwerkstoffe
Forschungsstelle
Institut für Werkstofftechnik
Fachgebiet Kunststofftechnik (IfW-KT)
Universität Kassel
Teilprojektleiter
Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Heim
Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Angela Ries
Institut für Werkstofftechnik
Fachgebiet Kunststofftechnik (IfW-KT)
Universität Kassel
Mönchebergstraße 3
34125 Kassel
Tel.: 0561/804 -3688
E-mail: angela.ries(at)uni-kassel.de
Wissenschaftliche Zielsetzung
Eigenverstärkte Polymerwerkstoffe basieren auf einer Verstreckung und Orientierung der Makromoleküle durch Festphasen- oder Schmelzedeformation. Auf makromolekularer Ebene hochverstreckte thermoplastische Bändchen oder Fasern (aus bspw. Polypropylene) werden dabei in eine gleichartige Matrix eingebettet und erzielen einen Verstärkungseffekt, ohne Fremdfasern zu implementieren (Bild A5-1).
- Bild A5-1: Morphologie eines heißkompaktierten eigenverstärkten Polypropylenverbundes mit erkennbaren Bändchenstrukturen
Die dazu verwendeten thermoplastischen Textilhalbzeuge (Gewebe- oder Vliessysteme) werden geschichtet und unter Temperatur und Druck heißkompaktiert. Mittels einer komplexen thermo-mechanischen Kopplung der Heißpress- und Umformparameter sollen die erzielbaren Materialeigenschaften lokal differenziert eingestellt werden.
- Bild A5-2: 800kN Präzisionslaborpresse mit IR-Vorheizstation zur Verarbeitung der Gradientenwerkstoffe
Diese Gradierung erlaubt eine zusätzliche Funktionsintegration und somit den Einsatz eigenverstärkter Faserverbunde auch in komplexen, semistrukturellen Baugruppen. Dadurch werden mehrdimensionale Umformgeometrien unter Berücksichtigung der für eigenverstärkte Monoverbunde charakteristischen Prozess- und Werkzeugparameter ermöglicht. Hieraus resultieren folgende Forschungsaktivitäten:
- Entwicklung gezielt gradierter eigenverstärkter Verbundsysteme im Heißpress- und Umformprozess
- Identifikation umfassender Werkstoffparameter zur Bewertung der Gradierungsgüte
- Identifikation und Optimierung gradierungsrelevanter thermo-mechanischer Prozessgrößen beim Umformen
Zielsetzung ist die Implementierung prozessinduzierter lokal differenzierter Werkstoffeigenschaften in komplexe Bauteilgeometrien während des Umformprozesses.
Dazu wurde ein modulares Umformwerkzeug konstruiert, welches sich speziell durch seine differentielle Temperierung und Druckverteilung auszeichnet (Bild A5-3). Anhand der gefertigten thermo-mechanisch gradierten eigenverstärkten Thermoplastverbunden werden die Gradierungsgrenzen ermittelt und geeignete Prozessparameter evaluiert.
- Bild A5-3: Umsetzung eines modularen Umformwerkzeugs zur Fertigung thermo-mechanisch gradierter eigenverstärkter Polyproylenverbunde
