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NDT.net Issue - 2019-08 - Articles
NDT.net Issue: 2019-08
Publication: DGZfP Jahrestagung 2019, May, Friedrichshafen, Germany (DGZfP 2019)
Session: Verbundwerkstoffe / Faserkunststoffverbunde
ARTICLE

Charakterisierung der Mikrostruktur spritzgegossener faserverstärkter Thermoplaste mit Hilfe von hochauflösender Röntgen-Computertomografie

Julia Maurer13, Dietmar Salaberger239, Michael Jerabek23, Johann Kastner1123
1Research Group Computed Tomography; Upper Austrian University of Applied Sciences (FH OÖ)171, Wels, Austria
2Reserach group computed tomography; Borealis Polyolefine GmbH6, Linz, Austria

Abstract: Faserverstärkte Kunststoffe sind aus vielen industriellen Bereichen, wie beispielsweise der Fahrzeugindustrie, Verpackungsindustrie, Bauwirtschaft oder auch der Freizeitindustrie, nicht mehr wegzudenken. Die steigenden Anforderungen an die Materialien, hinsichtlich mechanischer und physikalischer Eigenschaften, haben es notwendig gemacht sich mit der Mikrostruktur genauer zu beschäftigen. Dazu sind zerstörungsfreie Verfahren wie Röntgen-Computertomografie (CT) von großem Vorteil. Mittels CT können eigenschaftsbestimmende Faktoren, wie z.B. Faserorientierung und Faserlängenverteilung, ermittelt werden. Die Kenntnis solcher Faktoren ermöglicht es einerseits, die Herstellungsparameter zu optimieren und andererseits Modelsimulationen für die Vorhersage mechanischer Eigenschaften zu generieren. In dieser Arbeit werden verschiedene spritzgegossene faserverstärkte Kunststoffe mittels Computertomografie untersucht und in weiterer Folge die Faserorientierung, sowie die Faserlängenverteilung, mit der hauseigenen Fasercharakterisierungssoftware analysiert. Es werden Kunststoffe aus Polypropylen verstärkt mit Glasfaser, Kohlenstofffaser, Polymerfaser oder Zellulosefaser untersucht. Unterschiede in der Dichte bzw. dem Röntgenabsorptionskoeffizienten führen zu unterschiedlich großem Kontrast zwischen Fasern und Matrix. Der Kontrast zwischen den Polymerfasern und der Kunststoffmatrix ist beispielsweise eher schwach, was wiederum Probleme bei der Bestimmung der Faserlängenverteilung bereiten kann. Weiters haben auch Fasergehalt, Faserdurchmesser und Fasergeometrie einen Einfluss auf die Datenqualität. Die Röntgen-Computertomografie-Scans werden bei einer Voxelgröße von bis zu (1 µm)^3 durchgeführt. Die erforderlichen Messzeiten, um eine ausreichende Datenqualität für eine softwarebasierte Faseranalyse zu erreichen, liegen dabei im Bereich von drei bis zwölf Stunden. Anhand der dreidimensionalen Datensätze lassen sich Füllstoffeigenschaften, aber auch Inhomogenitäten der Matrix, bestimmen. Im Rahmen dieser Arbeit werden neben Schnittbildern und Ergebnissen der Faseranalysen, ein Vergleich der verschiedenen Faserkunststoffverbundsysteme präsentiert, sowie die Vorteile und Limitierungen von Computertomografie für die Fasercharakterisierung dieser Materialien diskutiert.


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