Einfluss des Rezyklatanteils auf das Ermüdungsverhalten von diskontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten

Kurzfaserverstärkte Kunststoffe gewinnen als Konstruktionswerkstoffe im Leichtbau zunehmend an Bedeutung, insbesondere im Automotive Sektor. Neben den Vorteilen hinsichtlich Massenreduktion und CO2-Einsparung rückt die Kreislaufwirtschaft mit steigenden Anforderungen an Rezyklateinsatz in den Fokus. Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Post-Consumer Rezyklat (PCR) Anteilen auf das Ermüdungsverhalten von kurzfaserverstärkten Thermoplasten. Es wurde ein 40 Ma.-% kurzglasfaserverstärktes Polypropylen mit zwei unterschiedlichen Rezyklatanteilen aus Verbraucherabfällen untersucht: 10 % und 40 % PCR-Anteil. Dazu wurden aus spritzgegossenen Platten Prüfkörper längs und quer zur Fließrichtung herausgefräst. Es wurden Zug- und Ermüdungsversuche für die longitudinale und die transversale Faserorientierungen durchgeführt. Im Anschluss wurden die Bruchflächen fraktografisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich E-Modul und Zugfestigkeit von longitudinaler zu transversaler Orientierung halbieren, wobei transversale Proben spröderes Materialverhalten aufweisen. Mit steigendem PCR-Gehalt nehmen die mechanischen Kennwerte E-Modul und Zugfestigkeit ab, während die Bruchdehnung zunimmt. Im Ermüdungsverhalten zeigt sich eine rund 14 % Reduktion der tolerierten Spannungsamplitude bei 10^6 Zyklen von 10 % auf 40 % PCR. Die Neigungen der Wöhlerlinien sind bei der longitudinalen Faserorientierung flacher als bei transversaler. Ebenso waren die ertragbaren Spannungsamplituden für die transversale Faserorientierung im Vergleich zur longitudinalen geringer. Der Mittelspannungseinfluss erwies sich bei den transversalen Proben als größer. Die fraktografische Analyse deutet auf Unterschiede in der Matrix von 10 % PCR und 40 % PCR hin, offensichtliche Rezyklateinschlüsse konnten jedoch nicht beobachtet werden. Zudem zeigten sich bei verschiedenen R-Verhältnissen ähnliche Bruchmechanismen. Diese Erkenntnisse ermöglichen eine zuverlässigere Auslegung von Kunststoffbauteilen mit PCR-Anteilen in technischen Anwendungen und tragen zur Etablierung einer geschlossenen Kreislaufwirtschaft bei.