Theoretische und experimentelle Analyse des Ausrichtungsverhaltens plättchenförmiger Verstärkungskomponenten beim Strangpressen von Verbundkörpern mit Glasmatrix

Mit Hilfe des Strangpreßverfahrens lassen sich durch die Einlagerung von plättchenförmigen Teilchen aus hochfesten und hochmoduligen Werkstoffen in die zu verpressende Glasschmelze Verbundstäbe mit im Vergleich zum unverstärkten Glas erhöhtem Elastizitätsmodul und gesteigerter Festigkeit erzeugen. Diese Verbesserung der mechanischen Eigenschaften rührt in erster Linie von der Ausrichtung der Plättchen her, die durch die laminare Scherströmung der hochviskosen Glasschmelze in der Umformzone und im Matrizenkanal bewirkt wird. Um statistische Aussagen über die Plättchenorientierung innerhalb des extrudierten Verbundstranges zu erhalten, werden neben experimentellen auch bevorzugt theoretische Untersuchungsmethoden angewandt. Durch die systematische Variation der einzelnen Strangpreßparameter läßt sich auf diese Weise eine zielgerichtete Optimierung des Herstellungsprozesses bezüglich der Verstärkungswirkung der eingelagerten Partikel erzielen. Zu diesem Zweck wird ein Modell vorgestellt, welches ausgehend von einem mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente berechneten Geschwindigkeitsprofil der Extrusionsströmung die Bewegung der Plättchen während des Umformvorganges simuliert. Die gegenseitige Beeinflussung der Verstärkungskomponenten wird dabei durch die Einführung eines Interaktionskoeffizienten berücksichtigt. Im einzelnen wird das Ausrichtungsverhalten der Einlagerungspartikel an Modellen mit unterschiedlichen Randbedingungen in Abhängigkeit der Geometrie und des Volumenanteils der Verstärkungskomponenten untersucht. Die daraus gewonnen theoretischen Ergebnisse werden anschließend den an extrudierten Verbundstäben mit Hilfe der automatischen Bildanalyse ermittelten experimentellen Werten gegenübergestellt. Dieser Vergleich belegt die Eignung des vorgestellten Simulationsmodells.