Kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische ... - Ulaga Partner AG

Entwicklung
Die Bedeutung der Absolutwerte der mechanischen Eigenschaften ist schwierig abzuschätzen.
Die interlaminaren Kräfte beanspruchen die Matrix mehrachsial und sind
vom Betrag her nicht genau bekannt, so dass ein Vergleich mit tabellierten Festigkeitsund
Steifigkeitswerten kaum möglich ist.
Damit bei der Lamellenherstellung (entsprechend den Ausführungen in Kapitel 2.1.3)
eine gute Faserimprägnierung gelingt, muss der Matrixwerkstoff als feines Pulver
(Korndurchmesser < 50 µm) vorliegen. Die Verarbeitung zu dieser Form ist – je nach
Kunststoff – ein mehr oder weniger technologieintensiver und dadurch teurer Prozess.
Der Preis des Kunststoffs hat eine grosse Bedeutung, da die zu entwickelnde thermoplastische
Lamelle vor allem wirtschaftliche Vorteile gegenüber den bisherigen Produkten
haben soll. Es gilt zu beachten, dass die Verarbeitung zu feinem Pulver unter
Umständen ein wesentlicher Kostenfaktor sein kann.
Die Lamelle soll mit dem Epoxidharzklebstoff Sikadur-30 appliziert werden können.
Da die Matrix den grössten Teil der Kontaktfläche ausmacht, sollte der Kunststoff eine
möglichst gute Haftung zu Epoxidharzen aufweisen.
Evaluierung
Für die Herstellung einer für das Bauwesen geeigneten Lamelle wurden verschiedene
thermoplastische Matrixwerkstoffe untersucht. In Tabelle 5 sind die in Betracht gezogenen
Thermoplaste zusammengestellt (zu Vergleichszwecken ist auch Epoxidharz
aufgeführt). Von einigen dieser Kunststoffe gibt es eine Vielzahl von Familien, die sich
z.B. durch Modifikationen im Molekülaufbau oder durch einen unterschiedlichen Kristallinitätsgrad
unterscheiden. Die Eigenschaften können dementsprechend stark variieren,
so dass die Werte in Tabelle 5 nur als Richtgrössen zu verstehen sind. Die
Einteilung in Preisklassen dient als grobe Übersicht über die von 1998 bis 2001 herrschenden
Preisverhältnisse innerhalb dieser Kunststoffauswahl.
PA12 erwies sich als gut geeignet für die Herstellung von Lamellen. Das Pulver war
– bei vernünftigem Preis - in der gewünschten Grösse lieferbar und ermöglichte eine
gute Faserimprägnierung. Dadurch wurde eine gute Lamellenqualität mit einwandfreier
Fasereinbindung erzielt. Zur Ermittlung der Verbundfestigkeit mit Sikadur-30 wurden
die ersten Lamellen damit verklebt und im Zugscherversuch geprüft (Tabelle 6). Die
Haftung war besser als erwartet und konnte durch die Schaffung einer porösen Oberfläche
(„Käsestruktur“) bei späteren Serien noch verbessert werden (Kapitel 2.2.4).
Die Glasübergangstemperatur von PA12 ist relativ niedrig, liegt aber nahe bei dem
von Sikadur-30. Da der Klebstoff in diesem Temperaturbereich viel heftiger reagiert
(Bild 9), wirkt er als kritische Systemkomponente und rechtfertigt dadurch die Verwendung
von PA12.
PA12 wurde zum bevorzugten Matrixwerkstoff und konnte schliesslich erfolgreich
zu Lamellen verarbeitet werden.
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