Schaum-Spritzgussteile mit CT genauer charakterisieren

Kunststoffe – pur, geschäumt oder faserverstärkt – eignen sich gut als Werkstoffe für Leichtbauanwendungen. Um den Leichtbaueffekt des Materials aber ideal auszunutzen, müssen die mechanische Potenziale zielgerichtet nutzbar gemacht werden.

Notwendig dafür sind Kenntnisse über die Zusammenhänge zwischen den inneren Werten des Formteils und den resultierenden mechanischen Kennwerten. Diese sind bei den Kunststoff-Formteilen richtungsabhängig. Die wichtigste Rolle spielt dabei die Faserorientierung. Beim Thermoplast-Schaum-Spritzguss (TSG) beeinflussen darüber hinaus beispielsweise Dichte und Geometrie der Blasen das mechanische Verhalten des Formteils.

Werden diese Zusammenhänge bei Produkt- und Prozessentwicklung berücksichtigt, können sehr leichte und biegesteife Formteile generiert werden. Um die Einflüsse und Zusammenhänge insbesondere für Schaum-Spritzgussteile aus dem TSG-Verfahren besser zu verstehen, untersucht das Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) die Formteile mit der Computertomographie (CT). Mit dieser Analysemethode lassen sich die Fasern, die Blasen und die Dichteverteilung der Formteile detailliert abbilden und auswerten.

Mit einem Computertomograph (TomoScope XS, Werth) und der Analyse-Software (Avizo, FEI) lassen sich die bis 2µm aufgelösten CT-Scans in die Bestandteile der Formteile selektieren und vermessen. So können beispielsweise Fasernorientierung sowie Volumenanteil exakt ermittelt werden.

TSG-Formteile besitzen kompakte Randschichten und einen geschäumten Kern. Dadurch haben die geschäumten Formteile eine hohe gewichtsspezifische Biegesteifigkeit. Die Analyse des CT lässt zum Beispiel einen Vergleich zu den Ergebnissen aus einer Spritzgießsimulationen zu. Außerdem lassen sich mechanische Simulationen mit anisotropen, das heißt richtungsabhängigen Materialkennwerten qualifizieren.

Durch die berührungslose und zerstörungsfreie Prüfung ermöglicht das CT außerdem, Außenkonturen und nicht zugänglichen Innenkonturen in 3D zu vermessen, Positionen in Baugruppen zu kontrollieren und einen Soll-Ist-Vergleich mit dem CAD-Modell.

Auch in der Schadensanalyse spielt die zerstörungsfreie Prüfmethode ihr Stärke aus, indem sich mit ihr Inhomogenitäten wie Lunker, Hohlräume, Risse oder Bindenähte nachweisen lassen. Mit dem breiten Know-how im KUZ lassen sich daraus Strategien zur Behebung der Fehler und zur Verbesserung der Prozesse ableiten.

Bild oben: Im Längsschnitt durch eine PA6GF30-Probe sind die Dichteverteilung, die Blasenstruktur und die Faserorientierung dargestellt (v.l.n.r.) (Quelle: KUZ Leipzig)


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Quelle und weitere Infos: KUZ Leipzig

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