Page 81 - Forschungsbericht 2021 - Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Binationale Promotion: Universität Bristol und TU Dresden
Dr.-Ing. Mario Valverde

Zur verbesserten Beschreibung der Haftung und Konsolidie-
rung für umspritzte thermoplastische Faserverbundplatten
mit Rippen

Betreuende Hochschullehrer: Prof. Stephen Hallett (Universität Bristol), Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude (TU Dresden)

Das Umspritzen von thermoplastischen Faserverbund- wirken sich lokale prozessinduzierte Konsolidierungsphä-
strukturen (FKV) ist ein integrales Verfahren zur Herstel- nomene durchaus auf die mechanische Tragfähigkeit, die
lung von Bauteilen mit kombinierten Endlos- und Kurz- strukturelle Gesamtintegrität und die Verarbeitbarkeit
faserverstärkungen. Diese Bauteile zeichnen sich durch des Bauteils aus. Die bisherigen Modellierungsansätze
ein gutes mechanisches Eigenschaftsprofil, hohe Gestal- weisen aber noch nicht den erforderlichen Grad an Kom-
tungsfreiheit und kurze Produktionszeiten aus. Die End- plexität auf, um den Einfluss solcher Phänomene auf die
losfaserverstärkung trägt in der Regel die Hauptlasten, Tragfähigkeit in der Verbindungszone zu beschreiben.
während die spritzgegossenen Substrukturen zur Erhö-
hung der Steifigkeit und Schlageigenschaften sowie der Ziel der Promotion war es deshalb, eine verfeinerte Be-
Funktionalisierung dienen. Dabei kann die Spritzguss- schreibung der Anbindungs- und Konsolidierungsphäno-
struktur derart gestaltet werden, dass sie erhebliche Las- mene in der Verbindungszone von Hybridstrukturen aus
ten trägt. Dafür muss allerdings eine feste Verbindung an Kohlenstofffaser/Polyphenylensulfid (CF/PPS) und Koh-
der Schnittstelle der FKV- und Spritzgusspartner gewähr- lenstofffaser/Polyetheretherketon (CF/PEEK) zu erarbei-
leistet werden. ten. Hierzu wurden in Fertigungsversuchen, Prozesssi-
mulationen und experimentellen Festigkeitsanalysen die
Die Charakterisierung derartiger Verbindungszonen ist Phänomene in der Verbindungszone untersucht und de-
ein zentrales Forschungsthema in der Wissenschaft. Zur ren Einfluss auf die Tragfähigkeit herausgearbeitet. Die
Beschreibung und Vorhersage der Verbindungsfestig- Studien mit verschiedenen Rippengeometrien und Pro-
keit werden dabei für nicht-isotherme thermoplastische zessparametern führten zur Identifizierung wichtiger
Schweißverbindungen entwickelte Modelle herangezo- Struktur-Prozess-Eigenschafts-Beziehungen und dien-
gen. Wenig Aufmerksamkeit wurde bislang jedoch dem ten dazu, Gestaltungs- und Fertigungssrichtlinien für Hy-
Zusammenwirken der Verbindungsfestigkeit und der bridstrukturen aus kohlenstofffaserverstärkten Hochleis-
Konsolidierung des FKV-Vorformlings gewidmet. Dabei tungsthermoplasten abzuleiten.

Die wichtigsten Phasen des Umspritzens
am Beispiel einer CF/PPS-Rippenpatte.
© Binationale Promotion: Universität Bristol und ILK/TUD.

(a) (b) (c)

Umspritzte Verbindungszone einer ver-
rippten Plattenprobe: Entwurfsgeometrie
(a), Simulation (b) und Schliffbild (c).
© Binationale Promotion: Universität Bristol und ILK/TUD.

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