Langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) haben sich in der Automobilindustrie aufgrund ihrer herausragenden Verarbeitbarkeit, ihrer geometrischen Flexibilität, ihrer Recyclingfähigkeit und ihrer hohen spezifischen mechanischen Eigenschaften als Werkstoffe für Leichtbauteile etabliert [1].
Bei der Verstärkung von LFTs im LFT-Direct-Prozess (LFT-D) mit anschließendem Fließpressen können verschiedene Fasertypen mit unterschiedlichen Eigenschaften eingesetzt werden. Die am häufigsten verwendeten synthetischen Verstärkungsfasern sind Glasfasern (GF), und in zunehmendem Maße auch Carbonfasern (CF) [2]. Dabei unterscheiden sich die mechanischen Eigenschaften, die Kosten und der ökologische Fußabdruck (in Form des emittierten CO2 bei der Herstellung) dieser Fasern erheblich, was einen offenen Gestaltungsspielraum ergibt [3].

Um diesen Gestaltungsspielraum zu erschließen, bieten sich mischfaserverstärkte LFTs an, bei denen mehrere Fasertypen zu einem Material verarbeitet werden. So können durch eine Mischung aus CF und GF steife und risszähe Materialien mit moderaten Kosten produziert werden. Darüber hinaus kann die Verwendung unterschiedlicher Fasern in einer Mischung den Recyclingprozess erleichtern. Dies ermöglicht es, LFTs mit dem gleichen Matrixmaterial, unabhängig vom Fasertyp, in einem einzigen Prozessschritt zu recyceln, was zu einer erheblichen Vereinfachung der oft aufwändigen Sortierprozesse führen kann.

Eine Mischung aus CF und GF konnte bereits erfolgreich bei LFTs im Direkt-Spritzgussverfahren demonstriert werden [4]. Da es beim LFT-D Prozess schon im Imprägnierungsextruder zu einer Wechselwirkung der Fasern kommt, ist es besonders interessant, wie sich bei diesem Prozess eine Fasermischung auf die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen auswirkt.

Die Vorhersage der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Steifigkeit, von solchen mischfaserverstärkten LFTs stellt jedoch neue Herausforderungen dar. Die Anwendung etablierter Homogenisierungsmethoden, wie Mori-Tanaka, auf Materialien mit unterschiedlichen Fasertypen wurde bislang nicht erforscht. Eine weitere bekannte Methode, die Halpin-Tsai-Methode, wurde bereits in einigen Versuchen zur Beschreibung von Mischfasermaterialien eingesetzt [4]. Zusätzlich ist die Mikrostruktur von LFTs aus dem LFT-D Prozess im Allgemeinen durch die große Varianz in der Faserlänge und im Auftreten der Fasern (in Bündeln oder gekrümmt) teils sehr komplex. Daher ist es von besonderem Interesse zu untersuchen, inwieweit solche „einfachen“ Modelle in der Lage sind, das mechanische Verhalten ausreichend zu beschreiben.

In dieser Arbeit wurde der Einfluss verschiedener Faserzusammensetzungen (Monofasen: CF-LFT & GF-LFT und Mischfaser: CF+GF-LFT) auf die resultierenden richtungsabhängigen mechanischen Eigenschaften von LFT auf PA6-Basis im Zugversuch untersucht. Dafür wurden Proben aus 400 mm x 400 mm x 3 mm Platten in unterschiedlichen Orientierungen entnommen und geprüft. Um die Ergebnisse mit denen der gängigen Homogenisierungsmethoden vergleichen zu können, wurde die Matrix charakterisiert sowie die Fasergehalte, Faserlängenverteilung und Faserorientierungstensoren (2. und 4. Ordnung) der einzelnen LFT-Materialien experimentell bestimmt. Die Unterschiede und Übereinstimmungen werden dabei in den Fokus gerückt, analysiert und in eine Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehung überführt.