Herstellung und Charakterisierung funktional gradierter, eigenverstärkter Thermoplastverbunde

Eigenverstärkte Thermoplastverbunde weisen ein hervorragendes mechanisches Eigenschaftsprofil auf, das durchaus mit konventionell faserverstärkten Thermoplasten konkurrieren kann. Geschichtete, eigenverstärkte Textillagen werden mittels der Prozesseinstellungen Temperatur, Druck und Zeit in einem Heißpressverfahren zum Verbundsystem konsolidiert. Da sie keine Fremdfasern zu Armierungszwecken implementieren, sind diese Monocomposite prädestiniert für das stoffliche Recycling. Zudem verfügen sie über ein hohes Gradierungspotential, das es ermöglicht, das mechanische Eigenschaftsprofil durch die Variation der Prozesseinstellungen, wie Temperatur und Druck, gezielt hinsichtlich der geforderten Bauteileigenschaften einzustellen. Da bislang nur sehr wenig über die Struktur-Eigenschafts-Zusammenhänge bekannt ist, werden diese im Rahmen dieser Arbeit näher beschrieben. Diesbezüglich erfolgt die Herstellung gradierter, thermoplastischer Verbundsysteme anhand von drei eigenverstärkten Basistextilien, deren mechanischen Zugprüfeigenschaften mit ihren jeweiligen Mikrostrukturen gegenübergestellt und bewertet werden. Des Weiteren wird ein neues Direktumformwerkzeug entwickelt, das den Komplexitätsgrad hinsichtlich der Gradierungsschärfe und Abbildung von Gradierungszonen deutlich erhöht. Zudem wird mittels dieses Werkzeugs die bislang verwendete, klassische Fluidtemperierung durch eine elektrische Widerstandskeramikheizung abgelöst, deren Ansprechverhalten deutlich schneller ist und daher die Zykluszeiten während des Heißpressprozesses verkürzt. Die Analyse und Bewertung der Oberflächentemperierung erfolgt anhand von zahlreichen Messreihen, denen sowohl homogene, als auch differentielle Temperierkonstellationen zugrunde liegen. Die Wirksamkeit der Gradierung sowie die Gradierungsschärfe wird anhand dynamischer und mechanischer Untersuchungsmethoden mittels der Impact-Prüfung und des klassischen Zugversuchs, gekoppelt mit der digitalen Bildkorrelation, nachgewiesen.