Experimentelle Untersuchung der Grenzflächenfestigkeit bei PLA-Sandwichstrukturen zwischen Schaumkern und Decklagen

Durch das steigende Umweltbewusstsein und die Verknappung fossiler Ressourcen gewinnen Leichtbau, Biokunststoffe und Recycling immer mehr an Bedeutung. Mit der Sandwichbauweise wird Leichtbau durch eine Formoptimierung erreicht. Nachteilig sind hierbei die unterschiedlichen Materialien in Decklage, Schaum und Klebeverbindung, sodass Recycling schwer realisierbar wird. Aus diesem Grund werden Monomaterialsandwichstrukturen untersucht, bei denen Deckschicht, Kern und Klebeverbindung aus demselben Material gefertigt werden. Zur Untersuchung dieses Themas wurde die Grenzschicht und der intime Kontakt zwischen Decklage und Schaumkern bei PLA Monomaterial Sandwichstrukturen untersucht. Diese Untersuchung erfolgte mittels des Trommelschälversuchs, die Grenzschichtfläche wurde durch Schliffbilder genauer betrachtet. Die Versuche ergaben, dass eine Temperatur der Temperiergeräte zwischen 150 °C und 160 °C und eine Grenzschichttemperatur zwischen 130 °C und 140 °C zu besten Ergebnissen bezüglich der Anhaftung führten. Bei diesen Temperaturen ist ein intimer Kontakt zwischen Decklage und Schaumkern in den Schliffbildern zu erkennen. Zu hohe Temperaturen führen zuerst zum Kollabieren des Schaumkerns, in extremeren Fällen sogar zur Zerstörung der Verstärkungsfasern in den selbstverstärkten Deckschichten. Bei zu geringen Temperaturen schäumt der Kern nicht genug auf, sodass die Haftkraft zu gering ist und kein intimer Kontakt zwischen Decklage und Schaumkern aufgebaut wird.

Due to increasing environmental awareness and the shortage of fossil resources, lightweight construction, bioplastics, and recycling are becoming more and more important. With the sandwich construction method, lightweight construction is achieved by optimizing the shape. The disadvantage here is the different components of the top layer, foam, and adhesive bond, making recycling difficult to achieve. For this reason, monomaterial sandwich structures are being investigated in which the top layer, core and adhesive bond are made of the same material. To investigate this issue, the inter-face and intimate contact between the face sheet and foam core of PLA monomaterial sandwich structures were analyzed. This investigation was carried out by using the drum climb peel test, and the interface surface was examined in more detail by micrographs. The tests showed that a temperature of the tempering units between 150 °C and 160 °C and a boundary layer temperature between 130 °C and 140 °C led to best results regarding adhesion. At these temperatures, intimate contact between the face layer and the foam core can be seen in the micrographs. Temperatures that are too high first lead to collapse of the foam core, and in more extreme cases even to destruction of the reinforcing fibers in the self-reinforced face sheets. If the temperatures are too low, the core does not expand sufficiently, so that the adhesive force is too low, and no intimate contact is established between the face sheet and foam core.