Experimentelle Untersuchung des Probengeometrieeinflusses auf das Deformationsverhalten amorpher thermoplastischer Kunststoffe

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1 Experimentelle Untersuchung des Probengeometrieeinflusses auf das Deformationsverhalten amorpher thermoplastischer Kunststoffe M. Helbig a, D. Koch a, J. Irslinger b, A. Hirth b a DYNAmore GmbH, b Daimler AG, Sindelfingen

2 Inhalt: Einführung Deformationsverhalten Versuchsaufbau, Verzerrungsmessung Zugproben: Vergleich DIN EN ISO 527 Junginger Becker Zugstab Miniflachzug (DYNAmore) Prozessparameter bei Probenfertigung Zusammenfassung 2

3 Deformationsverhalten Polymeren thermoset plastics (duroplast) thermoplastics elastomers crystalline thermoplastics amorphous thermoplastics [Junginger 2002] 3

4 Deformationsverhalten von Thermoplaste [Grellmann2011] 4

5 Einflüsse auf Deformationsverhalten PC [Dominghaus2008] [Hempel2016] Modifizierung der Matrix: Gummimodifizierung Partikel Fasern Abhängigkeit: Temperatur Dehnrate Alter 5

6 Inhalt: Einführung Deformationsverhalten Versuchsaufbau, Verzerrungsmessung Zugproben: Vergleich DIN EN ISO 527 Junginger Becker Zugstab Miniflachzug (DYNAmore) Prozessparameter bei Probenfertigung 6

7 Einfluss Probengeometrie [Grellmann2011] 7

8 Inhalt: Einführung Deformationsverhalten Versuchsaufbau, Verzerrungsmessung Zugproben: Vergleich DIN EN ISO 527 Junginger Becker Zugstab Miniflachzug (DYNAmore) Prozessparameter bei Probenfertigung 8

9 Ermittlung mechanischer Eigenschaften Kraft und Weg von Zugmaschine Dehnung und Spannung ermittelbar? Kraftmessdose Maschinensteifigkeit Kraftmessdose Auswertung, Steuerung, Dokumentation 100 kn bewegliche Traverse Einspannlänge variiert lokale Dehnungsermittlung Probe Klemmbacken DMS (Clipgage) optische Messung Punktmessung Bildkorrelation DIC Kameras, Lichtquelle 9

10 Inhalt: Einführung Deformationsverhalten Versuchsaufbau, Verzerrungsmessung Zugproben: Vergleich DIN EN ISO 527 Junginger Becker Zugstab Miniflachzug (DYNAmore) Prozessparameter bei Probenfertigung 10

11 Spritzgießen Sägen/ Fräsen Folien, Tafeln duktil, hohe Bruchdehnung Folien, Tafeln Zugproben DIN EN ISO : 2 1 : 5 [Grellmann2011] 11

12 Vergleich Zugprobengeometrien: Modifizierte 527 Zugprobe 1BA: Modifizierte Junginger Zugprobe 12

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17 Deformationsverhalten 527 Junginger 17

18 Spannungs-Dehnungskurven 18

19 lokale Auswertung: 10% ursprünglichen Messbereichs 19

20 Spannungs-Dehnungskurven 20

21 Becker - Zugprobe: + einachsiger Spannungszustand + gut für Dehnratenabhängigkeit - Anpassen mit von Mises Plastizität (Crazing bei PC/ABS Bayblend T65) - Verhalten bei hochduktiven Werkstoffen (z.b. PP)?? [Becker2009] 21

22 Miniflachzug: Charakterisierung an Serienbauteil 22

23 Probenentnahme aus Bauteil: unterschiedliche Entnahmepositionen 23

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28 Inhalt: Einführung Deformationsverhalten Versuchsaufbau, Verzerrungsmessung Zugproben: Vergleich DIN EN ISO 527 Junginger Becker Zugstab Miniflachzug (DYNAmore) Prozessparameter bei Probenfertigung 28

29 Temperatur [ C] Probenherrstellungseinfluss Einspritzgeschwindigkeit [cm³/s] Probendicke 80 V1 V2, V19 40 V4 V5, V21 V3, V20 V6, V22 2 mm 1 mm 2 mm 1 mm V0 sind Proben mit Standardwerten 29

30 Probenfertigungsparameter: Versuche mit ursprünglichen Parametern 30

31 Probenfertigungsparameter: Vergleich zu Ausgangsparametern v v 31

32 Temperatur [ C] Ergebnis Einspritzgeschwindigkeit [cm³/s] Probendicke 80 V1 V2, V19 40 V4 V5, V21 V3, V20 V6, V22 2 mm 1 mm 2 mm 1 mm 32

33 Probenfertigungsparameter: Vergleich zu Ausgangsparametern T 33

34 Temperatur [ C] Ergebnis Einspritzgeschwindigkeit [cm³/s] Probendicke 80 V1 V2, V19 40 V4 V5, V21 V3, V20 V6, V22 2 mm 1 mm 2 mm 1 mm 34

35 Probenfertigungsparameter: Vergleich zu Ausgangsparametern t 35

36 Temperatur [ C] Ergebnis Einspritzgeschwindigkeit [cm³/s] Probendicke 80 V1 V2, V19 40 V4 V5, V21 V3, V20 V6, V22 2 mm 1 mm 2 mm 1 mm 36

37 Zusammenfassung: Proben-Geometrieeinfluss ab Gleichmaßdehnung Lokale Verzerrungsauswertung empfehlenswert optisches Verschiebungsmessung zeitgemäß Minizugproben aus Bauteilen Einfache, schnelle Probenentnahme aus Serienbauteil Vergleichbarkeit annehmbar Die Zugprobengeometrie für Thermoplaste gibt es nicht (siehe DIN EN ISO 527) Materialverhalten zu komplex Probenherstellungsparameter haben Einfluss auf Fließ- Brucheigenschaften 37

38 Literatur [ Dominghaus,2008] Domininghaus, H., Elsner, P., Eyerer, P., Hirth, Th., Kunststoffe : Eigenschaften und Anwendungen. Springer [Junginger,2002] JUNGINGER, M.: Charakterisierung und Modellierung unverstärkter thermoplastischer Kunststoffe zur numerischen Simulation von Crashvorgängen. München, Universität der Bundeswehr, Diss., 2002 [Hempel,2016] Hempel, P., Constitutive modeling of amorphous thermoplastic polymers with special emphasis on manufacturing process. Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie [Grellmann,2011] Grellmann, W., Seidler, S., Kunststoffprufung. Hanser [Becker,2009] Becker, F Entwicklung einer Beschreibungsmethodik für das mechanische Verhalten unverstarkter Thermoplaste bei hohen Deformationsgeschwindigkeiten. Dissertation an Universitat Halle- Wittenberg 38

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