Konstruktiver Festigkeitsentwurf von SMC-Produkten

SMC-Produkte, nämlich Blatt-Formmassen-Produkte, sind leistungsfähige thermosetzende Verbundwerkstoffe. In zahlreichen Anwendungsbereichen ist die Festigkeitsauslegung für SMC-Produkte äußerst entscheidend. Am Beispiel der Automobilindustrie: Mit der kontinuierlichen Entwicklung des Trends zur Fahrzeugleichtbauweise werden SMC-Produkte aufgrund ihrer geringen Masse und hohen Festigkeit breit in der Fertigung von Karosserieteilen, Strukturkomponenten und Funktionsteilen eingesetzt, wie beispielsweise Motorhauben, vorderen und hinteren Stoßfängern, Kotflügeln und Kühlerhalterungen. Diese Teile müssen während des Fahrzeugbetriebs unterschiedlichsten komplexen mechanischen Belastungen standhalten, darunter Vibrationen, Stöße, Biegung und Zugbelastung.

Wenn die Festigkeitsauslegung unzureichend ist, kann dies zu vorzeitigem Versagen der Bauteile führen und somit die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Fahrzeugs beeinträchtigen. Im Bauwesen werden SMC-Produkte häufig zur Herstellung von Außenwandplatten, Vorhangfassaden, Dächern, Rohrleitungen und Speicherbehältern eingesetzt. Diese Bauelemente müssen über ausreichende Festigkeit verfügen, um ihr Eigengewicht, Windlasten, Schneelasten sowie mögliche seismische Kräfte aufnehmen zu können; die Festigkeitsauslegung steht daher in direktem Zusammenhang mit der strukturellen Stabilität und der Nutzungsdauer von Gebäuden. Im Bereich der Elektronik und Elektrotechnik kommen SMC-Produkte zur Fertigung von Gehäusen für elektrische Geräte, Sicherheitsschaltern und Kabelhalterungen zum Einsatz – sie müssen nicht nur die Anforderungen an die elektrischen Eigenschaften erfüllen, sondern auch eine gewisse Festigkeit aufweisen, um die internen elektronischen Komponenten vor äußeren Beschädigungen zu schützen.

Analyse des Festigkeits-Designprinzips von SMC-Produkten: Die Entstehung der Festigkeit von SMC-Produkten ist ein komplexer Prozess, der das Zusammenspiel zwischen verschiedenen inneren Bestandteilen des Materials sowie strukturelle Veränderungen des Materials während des Formgebungsprozesses umfasst. Aus Sicht der Materialzusammensetzung ist die Haftkraft an der Grenzfläche zwischen der Harzmatrix und den Verstärkungsfasern einer der entscheidenden Faktoren für die Festigkeit. Als Hauptverstärkungsmaterial stellen Glasfasern aufgrund ihrer hochfesten und hochmoduligen Eigenschaften die grundlegende Tragfähigkeit für SMC-Produkte bereit. Wenn das Produkt äußeren Kräften ausgesetzt ist, können die Glasfasern den größten Teil der Last tragen und die Ausbreitung von Rissen verhindern. Die ungesättigte Polyesterharzmatrix hingegen verbindet die Glasfasern miteinander und ermöglicht es ihnen, synergistisch zusammenzuwirken, um äußeren Belastungen standzuhalten.

Während des Formgebungsprozesses durchläuft das SMC-Material eine Umwandlung von einem fließfähigen Vorvermischungszustand in einen ausgehärteten und geformten Zustand – dieser Prozess hat erheblichen Einfluss auf die endgültige Festigkeit des Produkts. Beim Pressformen erfolgt unter Einwirkung von hoher Temperatur und hohem Druck eine Vernetzungs- und Aushärtungsreaktion der Harzmatrix, wodurch sich eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bildet. Dabei verbinden sich die Molekülketten miteinander, wodurch Härte, Steifigkeit und Festigkeit des Materials schrittweise zunehmen. Gleichzeitig fördern hohe Temperatur und hoher Druck auch eine engere Verbindung zwischen den einzelnen Bestandteilen, reduzieren innere Fehler und Hohlräume und verbessern die Dichte des Materials.