Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehung integral im Hochdruckverfahren gefertigter, langglasfaserverstärkter Polymerschaumsandwichbauteile

Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit wird das Themenfeld der (langglasfaserverstärkten), thermoplastischen Integralsandwichbauteile betrachtet, die durch Schaumspritzgießen mit Präzisionsöffnungshub („De-kompressionshub“) hergestellt werden. Neben den unverstärkt geschäumten Polymersandwichbauteilen werden das erzielbare Leichtbaupotential der beiden Prozessvarianten „MuCell“ und „D-LFT-TSG“ zur Fertigung von langglasfaserverstärkten Integralschaumbauteilen aus PP und PA6 untersucht.
Das „MuCell“ Verfahren basiert dabei auf kommerziell verfügbaren, langglasfaserverstärkten Stäbchengranulaten, die plastifiziert und mit Gas beladen werden. ... mehrBei dem Direkt-Langglasfaser-Thermoplastschaumspritzgießen (D-LFT-TSG) werden im Gegensatz dazu Endlosglasfasern, Polymer und Gas in einem Extruder compoundiert und direkt an eine Spritzeinheit überführt. So kann die Zusammensetzung individuell eingestellt werden und es kann so auch auf weniger kommerziell übliche Polymersysteme (rPP/GF und PPS/GF) zur Betrachtung des Leichtbaupotential zurückgegriffen werden.
Durch diesen Prozessvergleich, die Variation der Prozessparameter in einem weiten Prozessfenster für PA6 und PP und einer Untersuchung der rheologi-schen Eigenschaften von PP/LGF gewährt diese Arbeit einen umfangreichen wissenschftlichen Einblick in die unterschiedlichen Prozesstechniken. Mittels intensiver Strukturanalyse durch REM-/Schliffaufnahmen, Faserlängenana-lyse und CT Bildern werden für die Materialklasse der integral gefertigten, langglasfaserverstärkten Polymersandwichbauteil ein tiefgehendes Verständnis der Auswirkungen der Prozessführung auf die Strukturausbildung erarbeitet.
Abschließend werden mechanische Untersuchungen gezeigt, um ein komplet-tes, durchgehendes und tiefgreifendes Verständnis vom Prozess - über die Struktur - hin zu den Eigenschaften von langglasfaserverstärkter, thermoplastischen Integralschaumbauteilen zu erhalten.

Within this scientific study, the field of (long glass fiber reinforced), thermo-plastic integral sandwich structures manufactured via foam injection mold-ing using a precision opening stroke (“decompression molding”) is examined. Together with neat polymer as reference material, the lightweight design potential of two process variations (“MuCell” and “D-LFT-FIM”) for manu-facturing long glass fiber reinforced sandwich structures (PP and PA6) is investigated and compared.
The “MuCell” process is based on commercial grade long glass fiber rein-forced rod shaped granules which are plasticized and laden with a physical blowing agent. ... mehrIn contrast, the “D-LFT-FIM” (“direct long glass fiber rein-forced thermoplastic foam injection molding”) utilizes a combination of continuous fibers, neat polymer and supercritical gas compound within a twin screw extruder. After the compounding step, the mixture is transferred directly to the injection unit and processed. Hereby material systems and combinations can be individual adjusted and less commercially used combinations like PPS/GF and rPP/GF can be foamed and manufactured within the FIM process.
Realizing a comparison of both these processes in a wide process range for PA6 and PP and investigations on the rheological properties of PP/LGF this study allows a deep understanding of the scientific questions regarding long glass fiber reinforced foamed sandwich structures. Using methods such as SEM-, Cross-section-, CT- and fiber length analysis the influence of the processing parameters on the microstructure of this material class can be observed.
In addition, the studies on the resulting mechanical properties generate a complete, continuous correlation beginning with the process, to the microstructure to the mechanical properties for long glass fiber reinforced thermo-plastic integral foamed sandwich structures.