Langzeitverhalten von zähigkeits-/steifigkeitsoptimierten glasfaserverstärkten Homopolymeren auf Basis von Polypropylen

Gegenstand des Projektes ist ein vom Industriepartner neu entwickeltes Homopolymer auf Basis von Polypropylen (PP) mit optimierten Kriecheigenschaften. Die Untersuchungen sollen an unverstärkten sowie mit Kurzglasfasern verstärkten PP-Werkstoffen durchgeführt werden. Dabei ist unter anderem zu klären, wodurch deren hohe Kriechfestigkeit hervorgerufen wird. Zur Aufklärung des Einflusses unterschiedlicher werkstoffseitiger Parameter, wie Fasergehalt und Matrixstruktur, auf das mechanische Eigenschaftsprofil werden im Rahmen der geplanten Experimente geeignete, im Extrusionsverfahren hergestellte Prüfkörper herangezogen. Die Ermittlung der mechanischen Grundeigenschaften erfolgt unter einachsiger Druck- und Zugbeanspruchung sowie unter Biegebeanspruchung. Darüber hinaus wird neben dem Kugeleindruckversuch als konventionelles Härteprüfverfahren auch der registrierende Makroeindringversuch angewendet, der verbunden mit der Registrierung von Kraft-Eindringtiefe-, Kraft-Zeit- bzw. Eindringtiefe-Zeit-Diagrammen sowohl die Ermittlung mechanischer Werkstoffparameter, wie Martenshärte und Eindringmodul, als auch die Durchführung von Kurzzeitkriech- und -relaxationsversuchen gestattet. Die geplanten Zeitstandsversuche dienen zur Ermittlung der Langzeitkriechfestigkeit. Korrelative Analysen zwischen Kurzeit- und Langzeitkriechversuchen sowie die Erprobung des Step-Isothermal-Verfahrens sowohl beim registrierenden Makroeindringversuch als auch bei den Langzeitkriechversuchen verfolgen das Ziel einer Verringerung der erforderlichen Prüfzeiten. Mittels bruchmechanischer Versuche unter quasistatischer und schlagartiger Dreipunktbiegbeanspruchung werden basierend auf den registrierten Kraft-Verschiebungs-Diagrammen geometrieunabhängige bruchmechanische Werkstoffkennwerte als Widerstand gegen stabile und instabile Risseinleitung bzw. Rissausbreitung unter Anwendung von fließbruchmechanischen Konzepten ermittelt. Die Ergebnisse der weiterhin geplanten kriechbruchmechanischen Versuche unter statischer Langzeitbeanspruchung werden in Korrelation mit den aus den bruchmechanischen Kurzzeitversuchen erhaltenen Ergebnissen gesetzt. Die unterschiedlichen Kurzzeitversuche werden bei unterschiedlichen Versuchsbedingungen, d.h. beispielsweise als Funktion von Prüfgeschwindigkeit und Prüftemperatur, durchgeführt. Durch licht-, rasterelektronen- und rasterkraftmikroskopische Untersuchungsmethoden und weitere Verfahren zur Strukturaufklärung, die z.B. die Ermittlung der Glasfaserverteilung und der kristallinen Überstruktur sowie eine mikrofraktographische Bruchflächenanalyse zum Ziel haben, werden verallgemeinerungsfähige Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abgeleitet.