ASTM D256: Izod-Schlagprüfung von Carbon/PPS-Verbundwerkstoffen aus Recycling-Carbonfaser

Polyphenylensulfid (PPS) ist ein halbkristalliner Werkstoff aus der Gruppe der Hochtemperaturpolymere und hat einen Schmelzpunkt von 285ºC. PPS ist prinzipiell ein brüchiges Material und wird daher oft in Verbindung mit Füllstoffen eingesetzt. Carbonfasern eignen sich hervorragend für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und insbesondere der Schlagzähigkeit von PPS. Aufgrund der hohen Kosten neuer Carbonfasern gewinnen recycelte Carbonfasern in der Verbundwerkstoffindustrie immer mehr an Bedeutung. Ausgemusterte Flugzeuge, nicht mehr verwendbare Prepregs und Abfälle aus der Fertigung sind die wichtigsten Quellen von Recycling-Carbonfasern.

Solche PPS-Carbonfasermischungen können zum Beispiel in öffentlichen Verkehrsmitteln oder in Kfz-Bauteilen zum Einsatz kommen, und deshalb sind Prozess- und Werkstoffeigenschaften wie z.B. die Izod-Schlagzähigkeit für Forscher und für die Industrie zentrale Parameter. Mit einem CEAST 9050-Schlaprüfsystem haben wir eine Izod-Schlagprüfung an Proben durchgeführt, die durch Extrusionspressen einer Mischung aus PPS (Pulvermatrix) und recycelten Carbonfasern (mit Faserlängen zwischen 6,35 mm bis 12,7 mm) hergestellt wurden. Diese so hergestellten Platten wurden entsprechend den Vorgaben in der ASTM D256 zugeschnitten (3,17 mm x 10,16 mm) und mit einer automatischen CEAST-Kerbvorrichtung AN50 eingekerbt. Mit einem 5,5-J-Pendelhammer wurde eine Schlagbelastung entsprechend ASTM D256 in die Proben eingeleitet.

Die Ergebnisse der Izod-Schlagprüfungen ergaben Energieabsorptionswerte im Bereich von 0,5 J bis 3,50 J. Die Versagensmodi waren wiederholbar und die beobachteten Faser-Matrixinteraktionen waren konsistent. Die Ergebnisse der Izod-Schlagprüfungen scheinen eine gewisse Sensibilität gegenüber der Faserausrichtung in der verarbeiteten Platte aufgrund des Extrusionspressverfahrens aufzuweisen.

Wir danken dem Zentrum für Materialverarbeitung und Anwendungsentwicklung "The Materials Processing and Applications Development (MPAD) Center" der Universität Alabama in Birmingham (UAB), das einen Teil der obigen Daten beigesteuert hat.