In verschiedenen Industriezweigen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie, der Energiewirtschaft und der Biomedizin besteht die Notwendigkeit, unterschiedliche Polymerschichten zu verbinden. Eine vielversprechende Technik besteht darin, ein thermoplastisches faserverstärktes Laminat thermisch zu formen und anschließend mit einem kurzfaserverstärkten teilkristallinen Polymer zu umspritzen. Das Erreichen einer dauerhaften Haftung zwischen diesen Schichten stellt jedoch eine große Herausforderung dar, die zum Versagen von Teilen und zur Überkonstruktion führen kann.

In diesem Projekt wird versucht, diese Herausforderung zu bewältigen. Es werden zwei zentrale Aspekte untersucht werden:

1. Komplexität des Herstellungsverhaltens: Das Verhalten von gefertigten Teilen wird durch vielfältige räumliche und zeitliche Skalen bestimmt, die mit einer Vielzahl von Prozess- und Morphologieparametern gekoppelt sind. Ein umfassendes Verständnis des Zusammenspiels dieser Faktoren ist unerlässlich, um die Leistung von umspritzten Bauteilen zu verbessern.
2. Physik der Grenzflächenverklebung: Der Klebeprozess zwischen thermoplastischen Schichten beinhaltet das Erhitzen der Oberflächen über den Schmelzpunkt des Polymers bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines überwiegend festen Zustands. Zu den kritischen Prozessen gehören der Wärmetransport, die Interdiffusion und die Ko-Kristallisation.

Zu den Schwerpunkten des Projekts gehören:

• Entwicklung eines auf kohäsiven Zonen basierenden Grenzflächenelements, das auf Bonding- und Debonding-Phänomene zugeschnitten ist.
• Integration von Temperaturabhängigkeit und Sprüngen in das Grenzflächenelement, um reale Bedingungen genau zu simulieren.
• Formulierung eines konstitutiven Modells für teilkristalline Polymere, das Überlegungen zu Temperatur, Dehnungsgeschwindigkeit und Kristallinität umfasst.
• Untersuchung der Auswirkungen der Faserverstärkung auf die Gesamtleistung und das Verhalten der umspritzten Komponenten.

Durch die Entschlüsselung der zugrundeliegenden physikalischen Zusammenhänge und den Einsatz fortschrittlicher Modellierungstechniken zielt das Projekt darauf ab, thermoplastische Überformungsprozesse zu optimieren. Dadurch sollen Hersteller in die Lage versetzt werden, die Eigenschaften von Grenzflächen vorherzusagen und zu regulieren, um so die Herstellung von Hochleistungsverbundwerkstoffen zu erleichtern, die auf verschiedene industrielle Anwendungen zugeschnitten sind.