Faserverstärkung von expandierbarem Polystyrol

Abstract

Die Faserverstärkung von Materialien ist heutzutage ein weit verbreitetes Thema und in vielen Bereichen Stand der Technik. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob die mechanischen Eigenschaften wie Tragfähigkeit und Durchbiegung von expandierbaren Polystyrol-Platten (EPS-Platten) durch Kurzfaserverstärkung verbessert werden können.<br />Dadurch könnten sie anstelle von Spanplatten in der Möbelindustrie eingesetzt werden.<br />In den ersten Versuchen wurden unterschiedliche Kurzfasern mit verschiedenen Lösungsmitteln an das EPS angehaftet. Das EPS kam als nicht expandiertes Roh-Granulat sowie in Form von vorexpandierten Kugeln zum Einsatz. Später wurde versucht, EPS in verschiedensten Medien mit den Fasern zu homogenisieren. Diese Gemische wurden in einer Labor-Sinterform sowie in einer Industriehandform zu unverstärkten und faserverstärkten Formteilen gesintert. Für die anschließenden Zug-, Druck- und Biegezugversuche wurden diese Formteile zu entsprechenden Prüfkörpern verarbeitet. Die Faservereinzelung und die anschließende Homogenisierung mit den EPS-Kugeln wurden als entscheidende Faktoren für die Herstellung von 3 dimensional kurzfaserverstärkten EPS-Platten erkannt. Teilweise wurden positive Effekte hinsichtlich Festigkeit und Durchbiegung festgestellt, jedoch können aufgrund von Schwierigkeiten beim Homogenisieren und den nötigen Anpassungen der Sinterparameter an das bereits gealterte Rohmaterial keine eindeuten Aussagen getroffen werden.<br />Es konnten Erfolge sowohl in der Faservereinzelung als auch in der Homogenisierung der Fasern mit dem Matrixmaterial im Labormaßstab erzielt werden. Diese Verbesserungen lassen auch Verbesserungen für die mechanischen Festigkeiten erwarten. Weitere Untersuchungen und Herstellung von Formteilen im größeren Maßstab wären sinnvoll, um diese Ergebnisse zu bestätigen.<br />

Nowadays fiber reinforcement is a widespread issue and already state-of-the-art for many materials. This work investigates whether expandable polystyrol sheets (EPS sheets) reinforced by short fibers show improved mechanical properties such as load-bearing capacity and deflection, thereby replacing chipboards in the furniture industry.<br />First experiments dealt with sticking short fibers directly on the surface of EPS by using different sorts of solvents. EPS was available as non-expanded raw granules and pre expanded beads. Then it was tried homogenize EPS with the fibers in a variety of media.<br />These mixtures were used with and without fiber reinforment in a laboratory form as well as an in industry form to produce molded parts.<br />These parts were processed to appropriate pieces to perform tensile, compression and four point bending tests.<br />It was found that the fiber separation and the subsequent homogenization with EPS beads are crucial factors for the production of 3-dimensional short fiber reinforced EPS sheets. Partly positive effects on strength and deflection were noted. However, due to difficulties in mixing and necessary adaptations of the sintering parameters for the already aged raw material in use, no clear statements can be made.<br />There were successes in both the fiber separation as well as in the homogenization of the fibers with the matrix material on a laboratory scale achieved. Along with these improvements also improvements of the mechanical strength can be expected. Further research and manufacture of molded parts on a larger scale would be useful to confirm the achieved results.