Analyse und modelltheoretische Beschreibung der Faserschädigungsmechanismen im Spritzgießprozess

Die mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen sind stark abhängig von den einzelnen Charakteristika der Verstärkungsfaser. Die Faserlänge ist eine dieser Fasereigenschaften, die wesentlichen Einfluss auf die Verstärkungswirkung nimmt. Bei der Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen auf Schneckenmaschinen kommt es zur Schädigung der Fasern, die eine Abnahme der mittleren Faserlänge zur Folge hat. Der im Laufe des Verarbeitungsprozesses auftretende Faserbruch erschwert die Vorhersage der erzielbaren Bauteileigenschaften. In dieser Arbeit werden die unter Variation von Prozess- und Materialparametern auftretende Faserschädigung experimentell untersucht und die Schädigungsmechanismen analysiert. Die Betrachtung beschränkt sich auf den Plastifizierprozess, da hier der prozentual größte Anteil der Faserlängenverkürzung auftritt. Auf Grundlage der experimentellen Befunde erfolgt die Entwicklung einer Faserbruchmodellierung. Diese beschreibt die Faserschädigung entlang des Schneckenkanals und ermöglicht die Vorhersage der Faserlänge am Düsenaustritt des Plastifizieraggregats. Abschließend werden aus den experimentellen Befunden und den Modellergebnissen Empfehlungen für eine faserschonende Schneckengeometrie abgeleitet. Die durchgeführte Validierung bestätigt die allgemeine Gültigkeit und Genauigkeit der neuen Faserbruchmodellierung. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse die Wirksamkeit der Geometrieoptimierung der Schnecke. Durch die angepasste Schneckengeometrie erfolgt eine Reduzierung der Faserlängenabnahme und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.