Herstellung und Charakterisierung von aramidfaserverstärktem Sheet Molding Compound

Bedingt durch die steigenden Anforderungen in der Automobilindustrie zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen hat es sich bewährt, durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen Gewicht zu reduzieren. Sheet Molding Compounds (SMC) stellen eine Möglichkeit dar, Karosseriebauteile mit guten mechanischen Eigenschaften herzustellen und gleichzeitig diese Anforderungen zu erfüllen. Um neue Anwendungsmöglichkeiten zu erschließen, ist es ratsam, neue Materialien zu erforschen. Durch den Einsatz von Aramidfasern wird eine Steigerung der Schlagzähigkeit angestrebt, wobei den produktionstechnischen Herausforderungen, welche die zähen Fasern mit sich bringen, Rechnung zu tragen ist. In Rahmen dieser Arbeit wurde erfolgreich aramidfaserverstärktes Sheet Molding Compound hergestellt. Die verwendeten Harzsysteme waren ein Epoxidharz und ein neuartiges thermoplastisches Polymethylmethacrylatharz. Zusätzlich wurde mit letzterem auch ein glasfaserverstärktes SMC hergestellt. Da sich Aramidfasern auf konventionellen SMC-Anlagen nicht verarbeiten lassen, wurden die Halbzeuge mit Hilfe eines Vlieses hergestellt und anschließend durch Fließpressen zu Platten weitervearbeitet. Aufgrund der nicht fließfähigen Eigenschaften des Vliesstoffes wurden die aramidfaserverstärkten SMC mit 100 % Formüberdeckung hergestellt. Es wurde eine mechanische Charakterisierung durchgeführt, um die erreichbaren Eigenschaften dieser Fasern zu bewerten und dabei zeigte sich, dass die aramidfaserverstärkten SMC insbesondere in Kombination mit einem Epoxidharz sehr gute Zugfestigkeiten erreichen, andererseits aber nur durchschnittliche Biege- und Schlagzähigkeitseigenschaften. Es konnte festgestellt werden, dass eine thermoplastische Matrixetwas bessere Schlagzähigkeiten gegenüber einer duroplastischen Matrix aufweist. In einem abschließenden Benchmark wurden die Ergebnisse mit Daten von industriellgefertigtem SMC verglichen. Es zeigte sich, dass die Eindrücke aus der Charakterisierung bestätigt werden konnten. Insbesondere die spezifischen Werte der aramidfaserverstärkten Platten waren konkurrenzfähig zu konventionellem SMC. Das PMMA-Harz wurde erfolgreich zur Herstellung von glasfaserverstärktem SMC verwendet, das vergleichbare Eigenschaften wie duroplastisches SMC aufweist.

Caused by the increasing demands of the automotive industry on reducing fuel consumption and emissions, it has proven itself to reduce weight by using fiber reinforced plastics. Sheet molding compounds (SMC) represent a possibility to manufacture body components with good mechanical properties. In order to open up new application possibilities, it is recommended to investigate new materials. The use of aramid fibers is aimed at increasing impact strength, although the production challenges posed by the tough fibers must be taken into account. In the course of this thesis, aramid fiber reinforced SMC was produced succesfully. The used resin system were an epoxy resin and a novel thermoplastic polymethyl-methacrylate resin. In addition, with the latter a glass fiber reinforced SMC was also produced with. As aramid fibers can't be processed on conventional SMC systems, a non-woven fabric were used to manufacture the semi-finished products, which were further processed through compression moulding. Caused by unflowable properties of the non-woven fabric, the aramid fiber reinforced SMC was produced with 100 % mold coverage. Afterwards, a mechanical characterization was used to evaluate the achievable properties and it was determined that the aramid fiber reinforced SMCs achieved very good tensile strengths, especially in combination with an epoxy resin, but only average flexural and impact properties. It was found that a thermoplastic matrix has slight better impact properties over a thermosetting one. In a final benchmark the results were compared with data from industrial manufactured SMC. The test redults showed, that the impressions from the characterization were confirmed. Especially the specific values of the aramid fiber reinforced plates were competitive to conventional SMC. The PMMA resin was successfully used to produce glass fiber reinforced SMC, which has comparable properties to thermoset SMC.