Charakterisierung der Einflussparameter für das Verarbeiten von PA6 Hybridrovings im Wickelverfahren für endlosglasfaserverstärkte Spritzgussbauteile

Endlosfaserverstärkte Strukturen weisen hervorragende gewichtsspezifische Eigenschaften auf, weshalb sie für den Leichtbau von großem Interesse sind. Um eine umweltverträgliche Recyclierung endlosfaserverstärkter Bauteile zu gewährleisten, bieten sich Thermoplaste als Matrixmaterialien an, die, anders als Duromere, wieder aufschmelzbar und somit wiederverwertbar sind. Lokal endlosverstärkte Bauteile haben im Vergleich zu Gelege- bzw. Gewebebauteilen ein geringes Faservolumen und sind deswegen kostengünstig. Gleichzeitig zeichnen sie sich durch hervorragende spezifische mechanische Eigenschaften aus. Gleiches gilt für Polyamid 6 (PA6) als Polymermatrix. PA6 weist zudem eine hohe Wärmeformbeständigkeit auf. Deshalb ist die Untersuchung von mit Polyamid 6 umspritzten Wickelstrukturen aus PA6-Hybridrovings Thema dieser Arbeit. Die Herstellung der Wickelstrukturen erfolgt in einer Aufheizanlage mit nachgeschalteter Wickeleinheit zur Verarbeitung der schmelzflüssigen Hybridrovings. Diese werden um zwei metallische Einleger gewickelt, so dass eine Form entsteht, bei der Zug- und Druckkräfte gut gemessen werden kann. Die metallischen Einleger dienen außerdem als Krafteinleiter. Die Wickelstruktur wird in einem Spritzgussprozess umspritzt. Diese Arbeit bestimmt die Prozessparameter für das Wickeln von Endlosglasfasern, die mit Endlospolymerfasern gemischt sind, und analysiert die erzielbaren mechanischen Eigenschaften der lokal endlosfaserverstärkten Bauteile, sowie die Konsolidier- und Imprägnierqualität der Verstärkungsfasern. Dabei zeigt sich, dass mit zunehmender Wicklungszahl die aufnehmbaren Kräfte der Schlaufenbauteile linear ansteigen. Der Einfluss der Polymermatrices ist in den Zugversuchen aufgrund der Faserdominanz sehr gering, die erzielten Bruchkräfte liegen bei verschiedenen Materialpaarungen auf einem Niveau. Die Festigkeiten hängen in den Druckversuchen hauptsächlich von dem umspritzten Polymer ab und lassen sich nur im Fall einer sehr weichen Matrix durch das Einbringen der Endlosfasern steigern.

Continuously fiber-reinforced structures have excellent weight-specific properties, which is why they are of great interest for lightweight construction. In order to ensure environmentally compatible recycling of endless fibre-reinforced components, thermoplastics can be used as matrix materials which, unlike thermosets, can be re-melted and thus recycled. Locally continuous reinforced components have a low fibre volume compared to scrim or fabric components and are therefore cost-effective. At the same time, they are characterized by outstanding specific mechanical properties. The same applies to polyamide 6 as a polymer matrix. PA6 also has a high heat resistance. Therefore, the investigation of polyamide 6-impregnated winding structures made of PA6 hybrid rovings is the subject of this thesis. The winding structures are produced in a heating system with a downstream winding unit for processing the molten hybrid rovings. These are wrapped around two metallic inserts to create a form in which tension and compression forces can be easily measured. The inlays also serve as force introduction elements. The winding structure is now encapsulated in an injection molding process. This work determines the process parameters for winding continuous glass fibers mixed with continuous polymer fibers and analyzes the achievable mechanical properties of the locally continuous fiber-reinforced components as well as the consolidation and impregnation quality of the reinforcing fibers. It can be seen that with increasing number of windings, the forces that can be absorbed by the loop components increase linearly. The influence of the polymer matrices in the tensile tests is very small due to the fibre dominance; the breaking forces achieved are at the same level for different material pairings. The strengths in the compression tests are mainly determined by the encapsulated polymer and can only be increased in the case of a very soft matrix by introducing the continuous fibres.