Beitrag zur Erhöhung der Wirksamkeit der Faserverstärkung in der Schweißnaht faserverstärkter Thermoplaste

Die Schweißnahtfestigkeit von faserverstärkten Thermoplasten ist üblicherweise geringer als die Materialfestigkeit; die Schweißfaktoren sind somit geringer als 1,0. Das Ziel der beschriebenen Untersuchungen war eine Steigerung der Schweißfaktoren von faserverstärkten Kunststoffen durch eine wirksame Faserverstärkung in der Schweißnaht. Die Arbeiten konzentrierten sich auf die Betrachtung des Schweißprozesses sowie vor- und nachgelagerter Prozesse, wobei der Fokus auf den Verfahren Heizelement-, Infrarot- und Vibrationsschweißen sowie den Materialien PP und PA6 mit Glasfaserverstärkung lag. Die Beurteilung der Schweißnahtqualität erfolgte primär durch die Bestimmung der Kurzzeitzugfestigkeit sowie die Faserorientierung auf Basis von Computertomographieanalysen. Die Untersuchungen leisten einen Beitrag zur Steigerung der Schweißfaktoren von FVK, indem drei Ansätze aufgezeigt werden, mit denen eine Erhöhung der Schweißnahtfestigkeit von faserverstärkten Thermoplasten möglich ist: Wahl der Prozessparameter beim Heizelementschweißen (große Schmelzeschichtdicke, geringer Fügeweg), Wahl der Anfangsfaserorientierung beispielsweise durch Wahl der Position der Fügezone (Faserorientierung vor dem Schweißen längs zur Fügerichtung, Vermeidung von Schweißnähten an der lateralen Seite bei Spritzgussbauteilen), Erhöhung des Matrixmaterialanteils in der Schweißnaht beispielsweise durch Verwendung sandwichspritzgegossener Fügeteile mit unverstärkter Haut- und verstärkter Kernkomponente.