Morphologische Analyse von Faserverbunden mittels Schliffverfahren

Abstract

Faserverbundwerkstoffe werden durch die verwendeten Materialien der Fasern und Matrix, der Orientierung der Fasern und deren Länge beschrieben. All diese Punkte haben einen erheblichen Einfluss auf die mechanischen, thermischen und ökologischen Eigenschaften eines Faserverbundwerkstoffes. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Orientierungs- und Längenbestimmung der Fasern durch eine alternative Methode. Als Proben zur Bestimmung der Orientierung und Länge von Fasern in Faserverbundwerkstoffen dienen Ausschnitte von Glasfaser kurzfaserverstärkten Polypropylen (PP)- Spritzgussteilen. Um eine Orientierungsbestimmung zu ermöglichen, werden die Proben jeweils in mehrere Schichten unterteilt. Anschließend wird die Schicht mittels einem mechanischen Bearbeitungsverfahren abgetragen und poliert. Für den Abtrag zwischen den Schichten werden zwei verschiedene Methoden verwendet. In der ersten Analysereihe wird der Hauptabtrag mit einem Schleifgerät und in der zweiten Analysereihe mit einem Fräser erzielt. Die Längenbestimmung des Faserverbundwerkstoffes ist die Kernaufgabe dieser Arbeit. Es wird mithilfe eines selbstgeschriebenen MATLAB Programms automatisch die durchschnittliche Faserlänge aus den eingelesenen Bildern analysiert. Als Berechnungsgrundlage dieser Analyse dient die "Two Section" Method von Zak et al. [1]. Zudem wird zur Absicherung der Ergebnisse, welche mit MATLAB erzielt wurden, eine konventionelle Faserlängenbestimmung mittels eines Veraschungsverfahrens vollzogen. Ziel dieser Arbeit ist es, durch das selbstgeschriebene MATLAB Programm einen anderen Ansatz zur Faseranalyse und der damit einhergehenden Faserlängenbestimmung zu ermöglichen.

Fiber composites are defined as materials containing fibers embedded in a matrix. The orientation of the fibers and the length of these are important properties of fiber composites. All these points have a significant influence on the mechanical, thermal and environmental properties of a fiber composite material. The present work deals with the orientation and the length determination of fibers by using an alternative method. As samples, to determine the orientation and length of fibers in fiber-reinforced composites, some specimen of short glasfiber reinforced polypropylene (PP) - injection molded parts are used. These samples are divided into several layers, to make an orientation determination possible. Two different mechanical machining methods are used to remove layer by layer. In the first series the main removage is done with a grinding device and in the second series it is obtained with a milling cutter. After this several mechanical machining methods, a polishing machine improves the surface of these samples. The determination of the length of fibers in a composite material is the main task of this thesis. In order to receive the average fiber length of the scanned images, a self-written MATLAB program is created. The calculation basis of this analysis is based on the 'Two Section' Method of Zak et al. [1]. Furthermore, a conventional fiber length determination is done with a binder burnout process. The results of the binder burnout are needed to compare and proof the results of the 'Two Section' Method. The goal of this thesis is to allow a novel approach for an alternative way of fiber analysis.