SKZ: Faserlängenanalyse überkreuzter und gebogener Fasern mit Software FiVer

Das zunehmende Interesse an der Elektromobilität und die ab 2020 nochmals verschärften CO2-Grenzwerte für PKWs sorgen derzeit für einen Boom im Bereich der Leichtbauwerkstoffe.

Besonders die bisher für den Serieneinsatz als zu teuer und zu aufwändig erachteten Carbonfasern bieten weitere Steigerungsmöglichkeiten gegenüber den etablierten Glasfasern. Für eine wirtschaftliche Fertigung gilt es allerdings als besonders wichtig, dass die hervorragenden Festigkeitseigenschaften der Carbonfasern auch im fertigen Formteil wirksam werden.

Hier kommt es auf die Haftung zwischen Faser und Polymermatrix an, die u.a. auch von der Länge der Fasern im Formteil bestimmt wird. Diese unterscheidet sich wegen der vergleichsweise hohen Scherbelastung beim Aufschmelzen und den Fließvorgängen in der Einspritzphase in der Regel erheblich von der zugeführten Ausgangslänge. Zur Kontrolle der Bauteilqualität und Optimierung der Prozessbedingungen und Werkzeugauslegung ist es daher unerlässlich, die tatsächliche Faserlängenverteilung im Formteil bestimmen zu können.

Hierzu wird die Polymermatrix durch Veraschung oder chemisches Lösen entfernt, die zurückgebliebenen Fasern nass oder trocken über ein bildgebendes Verfahren (Mikroskop oder Scanner) aufgenommen und die gewonnene Darstellung manuell oder softwareunterstützt ausgewertet. In allen Phasen dieser Auswertung können Fehler gemacht werden, die das Endergebnis deutlich verschlechtern können.

Das SKZ beschäftigt sich seit mehreren Jahren intensiv mit dem Thema der Probenvor- und -aufbereitung für Faseranalysen. Dazu gehört als Ergänzung auch die Software FiVer zur automatischen Ausmessung der Faserlängen.

Bisher übliche Programme zur Partikelanalyse verlangen, dass die Fasern völlig einzeln ohne Berührstellen zu Nachbarn liegen. Cluster verbundener Fasern müssen dann über Filterkriterien erkannt und von der Analyse ausgeschlossen werden. Dies trifft besonders oft die langen Fasern und führt damit zu einer Verzerrung des Ergebnisses, da mit der Länge auch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass im Verlauf andere Fasern berührt oder gekreuzt werden. Dies kann durch eine stärkere Verdünnung der Fasern etwas herausgezögert werden, jedoch nimmt dann die Anzahl der Fasern pro Bild und damit die statistische Aussagekraft ab.

Die SKZ-Software FiVer verwendet daher einen anderen algorithmischen Ansatz, der den Verlauf der Fasern auch über Kreuzungsstellen und Krümmungen hinweg vektorisiert und somit bis zu 65.000 Fasern in einem einzelnen Bild bezüglich der Länge vermessen kann. Zusammen mit einer optimierten Probenvorbereitung sind so Bearbeitungszeiten ab ca. 75 min. für Glasfasern bzw. ca. 105 min. für Carbonfasern (diese müssen unter Inertgas abkühlen, was länger dauert) von der Kunststoffprobe bis zur fertigen Längenverteilung möglich.

Bei Interesse an einer Demonstration können Besucher der Fakuma das Programm am 16. und 17. Oktober beim SKZ Vertriebspartner, der IST - Innovative Sintering Technologies Ltd., in der Halle A1, auf dem Stand 1133 der Firma Maag Flockmaschinen live erleben.

Weitere Informationen: www.maag-flock.com, www.skz.de

Fakuma 2015, Friedrichshafen, 13.-17.10.2015, Halle B2, Stand 2202

SKZ - Das Kunststoff-Zentrum, Würzburg

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