Extrusion 5-2022

Bild 4: Biegefestigkeiten der untersuchten Compounds in Abhängigkeit von der Verarbeitungstemperatur Hintergrund erkennbar. Bei den schwarzen Punkten handelt es sich um Fehlstellen durch ausgebrochene Fasern, welche durch die Präparation der Proben im Schleifprozess herausgelöst wer- den. Es ist zu sehen, dass ein geringerer Kompatibilisatoranteil zu einer besseren Distribution der Fasern im Bauteil führt. Im Fol- genden werden daher lediglich die Versuchspunkte mit einem Kompatibilisatorgehalt von 2 Gew. % dargestellt. Bild 2 zeigt außerdem einen großen Einfluss der Verarbeitungstemperatur auf die Bauteilmorphologie. Mit steigender Temperatur sind zu- nehmend größere Bereiche verschmolzener Faseranhäufungen und Deformationen einzelner Fasern erkennbar. Die in den nachfolgenden Auswertungen angegebenen Refe- renzwerte für das unverstärkte PP wurden im Rahmen der Un- tersuchungen ebenfalls gemessen. Die Zug- und Biege- festigkeiten können durch die PET-Fasern kaum verbessert wer- den und liegen in vielen Versuchspunkten sogar unterhalb der Werte des unverstärkten PP (siehe Bild 3 und Bild 4 ). Somit kön- nen die Fasern die Versagensgrenze des Grundmaterials bei Zug- und Biegebeanspruchung nicht anheben. Die Fasern schwächen das Compound ab, wenn es nicht gelingt, sie homogen zu ver- teilen und an die Matrix zu binden. Die geringeren Zugfestig- keiten des Werkstoffs PET von circa 91 MPa im Vergleich zum E-Glas von circa 2600 MPa ermöglichen keine Verstärkung der Matrix in vergleichbarem Maße [NN08, NN18]. Anders verhält es sich mit den Zug- und Biegemodulen (siehe Bild 5 und Bild 6 ). Hier ist in den meisten Versuchspunkten eine Erhöhung des Moduls um 10 bis 30 Prozent zu verzeichnen. Die Verstärkungswirkung wird somit vor allem im linear elastischen Bereich erzielt. Dies wird durch die höhere Steifigkeit der Fasern hervorgerufen. Die Kerbschlagzähigkeit kann im Gegensatz zu den anderen un- tersuchten Eigenschaften deutlich verbessert werden. Die Werte können hier im Vergleich zu den Glasfasern mit gleichem Faser- gewichtsgehalt verdoppelt und im Vergleich zum unverstärkten Material verdreifacht werden. Hier zeigt sich, dass vor allem Fa- sern mit größerem Faserdurchmesser ein deutlich höheres Ener- gieaufnahmepotenzial bieten und die Schlagzähigkeit hier die höchsten Werte einnimmt. Teilweise ist die Schlagzähigkeit so hoch, dass das gewählte Pendel nicht ausreicht, um einen Bruch herbeizuführen. Die Werte können somit mit dem gewählten Prüfaufbau nicht ermittelt werden. Es kann daher auch nicht ab- geschätzt werden, wie hoch die absolute Schlagzähigkeit in die- sen Versuchspunkten liegt. Die Verarbeitungstemperatur hat einen großen Einfluss auf die resultierende Schlagzähigkeit. Bild 7 zeigt, dass eine Erhöhung der Temperatur eine Absenkung der Schlagzähigkeit bewirkt. Eine Temperaturerhöhung bewirkt ein zunehmendes Anschmel- zen der Fasern, was zunächst in einem Formverlust der Fasern und damit auch in einer Absenkung der Schlagzähigkeit resul- tiert. Eine höhere Reaktivität des Kompatibilisators ist in den durchgeführten Untersuchungen nicht zu erkennen, da die Ab- nahme der Schlagzähigkeit durch die Temperaturerhöhung und dem damit verbundenen Aufschmelzen der Fasern überwiegt. Fazit und Ausblick Die mechanischen Eigenschaften thermoplastfaserverstärkter Compounds liegen größtenteils deutlich unterhalb der Eigen- schaften glasfaserverstärkter Materialien. Eine Zugabe von 10 Gew. % Glasfasern bewirkt eine höhere Verstärkungswir- kung, als durch Zugabe von 30 Gew. % PET-Fasern erzielt 36 Thermoplaste, Recycling – Aus der Forschung Extrusion 5/2022 Bild 3: Zugfestigkeiten der untersuchten Compounds in Abhängigkeit von der Verarbeitungstemperatur L6/D12,5 L12/D20 L12/D40 GF 60 50 40 30 20 10 0 PP Referenz Zugfestigkeit [MPa] Faseranteil [Gew.%] Temperatur [°C] 30 200 220 240 220 30 30 10 20 30 L6/D12,5 L12/D20 L12/D40 GF 120 100 80 60 40 20 0 PP Referenz Biegefestigkeit [MPa] Faseranteil [Gew.%] Temperatur [°C] 30 200 220 240 220 30 30 10 20 30