Kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe - Versionsgeschichte

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 12:54 Uhr

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	\|Friedrich, K.: Proc. Toughness Fracture and Fatigue of Polymers and Composites. “How to Improve the Toughness of Polymers and Composites”. Yamagata, 11.10.1990, 201		\|[https://de.wikipedia.org/wiki/Klaus_Friedrich_(Werkstoffwissenschaftler) Friedrich, K.]: Proc. Toughness Fracture and Fatigue of Polymers and Composites. “How to Improve the Toughness of Polymers and Composites”. Yamagata, 11.10.1990, 201
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Loeffler-Kamann am 23. Oktober 2024 um 10:44 Uhr

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	Der [[plastische Deformation\|plastische Anteil]] am Gesamtverformungsprozess ist klein, was auf einen geringen Anteil an stabilem Risswachstum schließen lässt. Nur in den PA6/GF-Verbunden kommt es nach Erreichen der maximalen Schlagkraft zum Auftreten von [[Rissverzögerungsenergie]]n A<sub>R</sub>, die eine Verminderung der Rissausbreitungsgeschwindigkeit im Werkstoff anzeigen. Die Veränderung der Rissausbreitungsgeschwindigkeit ist in diesen Werkstoffen eine Folge der Wechselwirkungen zwischen dem [[Riss]] und den Fasern.		Der [[plastische Deformation\|plastische Anteil]] am Gesamtverformungsprozess ist klein, was auf einen geringen Anteil an stabilem Risswachstum schließen lässt. Nur in den PA6/GF-Verbunden kommt es nach Erreichen der maximalen Schlagkraft zum Auftreten von [[Rissverzögerungsenergie]]n A<sub>R</sub>, die eine Verminderung der Rissausbreitungsgeschwindigkeit im Werkstoff anzeigen. Die Veränderung der Rissausbreitungsgeschwindigkeit ist in diesen Werkstoffen eine Folge der Wechselwirkungen zwischen dem [[Riss]] und den Fasern.

			==Siehe auch==
			*[[Faserverstärkte Kunststoffe]]
			*[[Prüfung von Verbundwerkstoffen]]
			*[[Schichtsilikatverstärkte Polymere]]
			*[[Teilchengefüllte Kunststoffe]]

Loeffler-Kamann am 5. Juli 2024 um 12:03 Uhr

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	\|[[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]]: Anwendung des Risswiderstandskonzeptes zur Ermittlung strukturbezogener bruchmechanischer Werkstoffkenngrößen bei dynamischer Beanspruchung. Fortschritt-Berichte VDI-Reihe 18, Nr. 231, VDI Verlag, Düsseldorf (1998) S. 71 ff, (ISBN 3-~~318~~-323118-2; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 2-1)		\|[[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]]: Anwendung des Risswiderstandskonzeptes zur Ermittlung strukturbezogener bruchmechanischer Werkstoffkenngrößen bei dynamischer Beanspruchung. Fortschritt-Berichte VDI-Reihe 18, Nr. 231, VDI Verlag, Düsseldorf (1998) S. 71 ff, (ISBN 3-18-323118-2; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 2-1)
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Oluschinski am 13. August 2019 um 05:42 Uhr

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	\|Seidler, S., Grellmann, W.: Zähigkeit von teilchengefüllten und kurzfaserverstärkten Polymerwerkstoffen. Fortschritt-Berichte VDI-Reihe 18, Nr. 92, VDI Verlag, Düsseldorf (1991), (ISBN 3-18-149218-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 4)		\|Seidler, S., [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Zähigkeit von teilchengefüllten und kurzfaserverstärkten Polymerwerkstoffen. Fortschritt-Berichte VDI-Reihe 18, Nr. 92, VDI Verlag, Düsseldorf (1991), (ISBN 3-18-149218-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 4)
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Kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe

auch: Kurzfaserverbundwerkstoffe oder Kurzfaserverbunde
__FORCETOC__
==Allgemeines==

Kurzfaserverstärkte [[Thermoplaste]] sind eine Werkstoffgruppe, die mit ihren Eigenschaften eine Lücke zwischen den unverstärkten und den langfaserverstärkten polymeren Werkstoffen schließen. Ein entscheidender Aspekt des Einsatzes dieser Werkstoffgruppe ist die Verarbeitbarkeit im Spritzgussverfahren. 
Während des Spritzgussprozesses wird im [[Kunststoffbauteil|Bauteil]] oder [[Prüfkörper]] eine spezifische werkstoff- und füllstoffabhängige [[Faserorientierung]] erzeugt. Sowohl der Orientierungsgrad als auch die Orientierungsverteilung der Fasern hängen von den Fließbedingungen in der Schmelze, der Geometrie des [[Formmasse|Formteils]] z. B. bei [[Prüfkörper]]n insbesondere der Dicke B, und von faserspezifischen Parametern wie Faserlänge und Faservolumenanteil ab [1–3].

==Modelle zur Beschreibung der Glasfaserorientierung==

In der Literatur existieren verschiedene Modelle, die die Ausbildung von Bereichen verschiedener Orientierungen beschreiben [3–6], wobei im einfachsten Fall ein Dreischichtmodell, wie im '''Bild 1''' schematisch gezeigt, angenommen werden kann (siehe auch: [[Glasfaserorientierung]]).

[[Datei:Kurzfaserverstaerkte_verbundwerkstoffe_1.jpg|600px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Schematische Darstellung der Ausbildung des Orientierungsprofils von kurzfaserverstärkten Thermoplasten [1]
|}

Zusätzlich kommt es zu Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Parametern. So wird z. B. mit zunehmendem Faservolumenanteil die mittlere Faserlänge und damit das Aspect Ratio reduziert und gleichzeitig wird die erzeugte Faserlängenverteilung schmaler [1].

Das anwendungstechnische Ziel bei der Entwicklung von [[Faserverstärkte Kunststoffe|faserverstärkten Kunststoffen]] besteht insbesondere in der Erhöhung von [[Steifigkeit]], [[Festigkeit]] und Dimensionsstabilität. Mit der Erhöhung von Steifigkeit und Festigkeit ist jedoch häufig eine Abnahme der [[Zähigkeit]] verbunden. Aus diesem Grund ist für die optimale Ausnutzung der Verbundeigenschaften die Kenntnis des Werkstoffwiderstandes gegenüber Risseinleitung (siehe [[Rissinitiierung]]) und [[Rissausbreitung]] von nachhaltigem Interesse.

In [7] wird gezeigt, dass in glasfaserverstärkten Polypropylen ([[Kurzzeichen]]: PP)-Werkstoffen in Abhängigkeit von den Haftungsverhältnissen (siehe [[Faser-Matrix-Haftung]]) nicht vernachlässigbare Anteile an stabilem Risswachstum auftreten können, die sich im Schlagkraft-Durchbiegungs-Diagramm in elastisch-plastischem Werkstoffverhalten und im Auftreten von [[Rissverzögerungsenergie]]n äußern. Elastisch-plastisches Werkstoffverhalten tritt auch in Laminaten auf [8, 9].

==Deformationsverhalten von kurzfaserverstärkten PA6 und PA66-Werkstoffen==

Das nachfolgende '''Bild 2''' zeigt am Beispiel der Matrixwerkstoffe PA6 und PA66 sowie eines PA6/GF-Verbundes mit φv = 0,12 und eines PA66/CF-Verbundes mit φv = 0,11 das prinzipielle im [[Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch]] (IKBV) registrierte Schlagkraft-Durchbiegungs-Verhalten bei einer Prüfgeschwindigkeit von vH = 0,8 m/s. Die Werkstoffe weisen elastisch-plastisches Werkstoffverhalten mit anschließender instabiler [[Rissausbreitung]] auf.

[[Datei:Kurzfaserverstaerkte_verbundwerkstoffe_2.jpg|600px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |Schlagkraft-Durchbiegungs-Diagramm aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch von PA und PA-Kurzfaserverbunden
|}

Der [[plastische Deformation|plastische Anteil]] am Gesamtverformungsprozess ist klein, was auf einen geringen Anteil an stabilem Risswachstum schließen lässt. Nur in den PA6/GF-Verbunden kommt es nach Erreichen der maximalen Schlagkraft zum Auftreten von [[Rissverzögerungsenergie]]n AR, die eine Verminderung der Rissausbreitungsgeschwindigkeit im Werkstoff anzeigen. Die Veränderung der Rissausbreitungsgeschwindigkeit ist in diesen Werkstoffen eine Folge der Wechselwirkungen zwischen dem [[Riss]] und den Fasern.

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|[[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]]: Anwendung des Risswiderstandskonzeptes zur Ermittlung strukturbezogener bruchmechanischer Werkstoffkenngrößen bei dynamischer Beanspruchung. Fortschritt-Berichte VDI-Reihe 18, Nr. 231, VDI Verlag, Düsseldorf (1998) S. 71 ff, (ISBN 3-318-323118-2; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 2-1)
|-valign="top"
|[2]
|Friedrich, K.: Proc. Toughness Fracture and Fatigue of Polymers and Composites. “How to Improve the Toughness of Polymers and Composites”. Yamagata, 11.10.1990, 201
|-valign="top"
|[3]
|Friedrich, K.: Microstructural Efficiency and Fracture Toughness of Short Fiber/Thermoplastic Matrix Composites. Compos. Sci. Technol. 22 (1985) 43
|-valign="top"
|[4]
|Hegler, R. P.: Faserorientierung beim Verarbeiten kurzfaserverstärkter Thermoplaste. Kunststoffe 74 (1984) 5
|-valign="top"
|[5]
|Kaliske, G., Erber, M., Meyer, F.: Grundsätzliches zur Problematik der Maßänderungen bei glasfaserverstärkten Thermoplasten vom Kurzfasertyp. Plaste und Kautschuk 25 (1978) 647
|-valign="top"
|[6]
|McNally, D.: Short Fiber Orientation and its Effects on the Properties of Thermoplastic Composite Materials. Polym. – Plast. Technol. Eng. 8 (1977) 101
|-valign="top"
|[7]
|Seidler, S., Grellmann, W.: Zähigkeit von teilchengefüllten und kurzfaserverstärkten Polymerwerkstoffen. Fortschritt-Berichte VDI-Reihe 18, Nr. 92, VDI Verlag, Düsseldorf (1991), (ISBN 3-18-149218-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 4)
|-valign="top"
|[8]
|Karger-Kocsis, J., Czigany, T.: Fracture Behaviour of Glass-fibre Mat-reinforced Structural Nylon RIM Composites Studied by Microscopic and Acoustic Emission Techniques. J. Mat. Sci. 28 (1993) 2438–2448
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|[9]
|Tschegg, E. K., Humer, K., Weber, H. W.: Fracture Tests in Mode I on Fibre Reinforced Plastics. J. of Materials Science 28 (1993) 2471–2480
|}

[[Kategorie:Kunststoffe]]