Es ist ein Anliegen der Automobilindustrie, leistungsfähige Leichbaustrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen zum Einsatz zu bringen, welche kostengünstig in grossen Stückzahlen gefertigt werden können. Ein Weg dahin stellt die Verwendung von Thermoplasten mit gestrickten Verstärkungsfasern (GstVT) dar. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der systematischen Untersuchung und Optimierung der Werkstoffeigenschaften, der Halbzeuge und der Fertigungsprozesse dieser Werkstoffgruppe. Die komplexe textile Struktur der Gestricke, welche den Verbund prägt, wird charakterisiert und deren textile Eigenschaften zusammengestellt. Diese Charakterisierung bildet die Grundlage zum Verständnis des Einflusses des Textils und dessen geometrische Variabilität auf die Werkstoffeigenschaften der GstVT und deren Umformverhalten. Aufbauend auf einer neu entwickelten Definition wird die Verstreckung der Gestricke umfassend untersucht und deren Bedeutung für das Umformen von Bauteilen nachgewiesen. Auf praktischem und analytischem Weg erfolgt ein Nachweis der maximalen Verstreckungsgrade, welche in Reihenrichtung des Gestrickes bis 300 % betragen. Es wird gezeigt, dass eine grosse Anzahl an Prozess-, Halbzeug- und Werkstoffparametern einen Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften haben. Am Beispiel der Werkstoffkombination von Glasfaser/Polyethylenterephthalat (GF/PET), werden die jeweiligen Einflüsse diskutiert und quantifiziert. Es wird nachgewiesen, dass durch systematische Optimierung die Werkstoffeigenschaften wesentlich gesteigert werden können. Mit bis zu 351 MPa Zugfestigkeit (GF/PET) und 24 GPa Steifigkeit erreichen sie etwa den doppelten Wert von GMT (Glasmattenverstärkter Thermoplast). Das Interesse gilt weiterhin den verschiedenen Halbzeugen und Fertigungsprozessen zur Herstellung von GstVT. Die Schlüsselbereiche der jeweiligen Prozesse werden an die speziellen Anforderungen der Gestricke an den Umformprozess angepasst. Die Fertigungsprozesse isothermes und nichtisothermes Stempelumformen, sowie die Diaphragmatechnik werden im Hinblick auf industrielle Anforderungen diskutiert. Es kann nachgewiesen werden, dass das isotherme Stempelumformen kurze Taktzeiten (< 30s) ermöglicht und somit für grosse Serien geeignet ist. Anhand von verschiedenen praktisch durchgeführten Umformungen von Bauteilen werden umformtechnische Analysen durchgeführt. Damit gelingt der Nachweis, dass komplexe dreidimensional geformte Geometrien abzubilden sind, welche mit Gewebeverstärkung nicht möglich sind. In Abhängigkeit von der Fixierung des Halbzeuges bei der Umformung variieren die Anteile von Verstreckung und Scherung der Gestricke an der Umformung. Schliesslich werden Aussagen getroffen, welche maximalen Umformverhältnisse mit GstVT realisiert werden können.
Thermoplaste mit gestrickten Verstärkungsfasern: Optimierung von Werkstoff-, Halbzeug- und Prozesseigenschaften
2004
150 Seiten, Bilder, Tabellen, 126 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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