Herstellung, Charakterisierung, Modellierungsansätze und Simulation von edelstahltextilverstärktem Polypropylen (ETV-PP) und Langglasfaserthermoplasten mit PP-Matrix (ETV-PP/GF)

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) werden aufgrund ihres hohen Leichtbaupotentials in vielen Industriebereichen eingesetzt. Eine Verstärkung von Kunststoffen mit Fasern führt zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Positive Veränderungen des Eigenschaftsspektrums sind zum Beispiel deutliche Verbesserungen des Zug-E-Moduls und der Zugfestigkeit. Negative Erscheinungen, die aus der Faserverstärkung resultieren können, sind eine geringere Bruchdehnung des Verbundwerkstoffes und ein spröderes Bruchverhalten bei Impakt- und Crashbelastung. Um diesen Nachteil auszugleichen, werden vermehrt Metall-Kunststoff- Composites (Hybridverbundwerkstoffe) entwickelt, bei denen die positiven Eigenschaften von Metallen und Faser-Kunststoff-Verbunden gezielt kombiniert werden, um weitere Eigenschaftsverbesserungen zu erreichen. Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens sowie die Charakterisierung, Modellierung und Simulation von neuartigen hybriden edelstahltextilverstärkten Polypropylen- (ETV-PP) und Polypropylen/Langglasfaser- Werkstoffen (ETV-PP/GF). Für die Fertigung von ETV-Verbundwerkstoffen wurde ein zweistufiges Verfahren im Labormaßstab erarbeitet und eingeführt. Während der Fertigungsstudien wurden ausgewählte Prozess- und Materialparameter variiert, um deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der neuartigen ETVFaserkunststoffverbunde (ETV-FKV) zu untersuchen. Nicht in jedem Fall konnte eine eindeutige Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaft von der variierten Prozessgröße festgestellt werden. Wenn die Ergebnisse in ihrer Gesamtheit betrachtet werden, treten folgende zwei äußerst positive Effekte in den Vordergrund: Zum einen konnte durch den Einsatz der Edelstahltextilverstärkungen die Fragmentierungsneigung von spröden PP-Matrixsystemen bei Impaktbelastung erheblich verringert werden und zum anderen wurde die Energieabsorption bei hochdynamischer Durchstoßbeanspruchung signifikant verbessert. Die mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie (REM) identifizierte schlechte Stahl/PP-Anhaftung konnte durch eine mechanische Vorbehandlung der Verstärkungstextilien ebenfalls gesteigert werden. Modelle zur mikromechanischen finite Elemente (FE) Simulation des Zug-E-Moduls von ETV-Verbundwerkstoffen wurden entwickelt und anhand von experimentellen Daten verifiziert und validiert