Bewertung des Grenzschichteinflusses auf das Ermüdungsverhalten kohlenstofffaserverstärkter Polyamide mittels Röntgen-Refraktion und Laserextensometrie

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Andrzej K. Bledzki; Professor Dr. Manfred P. Hentschel
• Subject Area: Polymer Materials
• Term: from 2006 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 28730928

• Final Report Year: 2010

Final Report Abstract

Der erwartete erhebliche Einfluss der Faser/Matrix-Grenzschicht auf die mechanischen Eigenschaften und die Faser/Matrix-Haftung thermoplastischer kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK) wird mittels unterschiedlicher mechanischer Belastungen und korrelierter Röntgenrefraktions-Topographie aufgezeigt. In einem eigens entwickelten Verfahren der Polyamid-Schmelze-Imprägnierung mit integrierter Wickel-Haspel werden, vakuumkontrolliert, unidirektionale Komposite laminiert und mit UD-Laminaten aus industriellen pulverimprägnierten Tapes verglichen. Neben der quasistatischen Zug- und Biegeprüfung werden Impact und Ermüdung eingesetzt. Unter den Verbundsystemen mit unbeschlichteten, Epoxid (EP)- und Polyurethan (PU)- und beschlichteten Fasern bewährt sich PU in allen Belastungsarten, wenn auch unterschiedlich signifikant. Die herstellungsbedingten Unterschiede der Faserimprägnierung werden mittels Röntgenrefraktion gut unterschieden. Mit Fokussierung auf die Ermüdungseigenschaften der thermoplastischen Verbunde ergeben sich bei erheblichen mechanischen Anstrengungen keine relevanten Damage Parameter. Mikrostrukturell wird dieses untypische „Ermüdungsverhalten“ plausibel durch die mit der Röntgenrefraktion detektierte Verringerung der Faser-Matrix-Grenzfläche, die eher einer Verbesserung der Faserimprägnierung entspricht als einem Abbau der Faser-Matrix-Haftung. Spektakuläre Schlussfolgerungen in Richtung eines ermüdungsresistenten Hochleistungs-Verbundwerkstoffs dürften angesichts der vorliegenden Beschränkungen auf UD-Material voreilig sein, sollten aber durch entsprechende Aktivitäten verfolgt werden.

Publications

• Einfluss von Fasertyp und Grenzschichtbeschaffenheit auf die Eigenschaften unidirektional gewickelter kohlenstofffaserverstärkter Polyamidverbunde, Technomer 2009, FVV2, ISBN 978-3-939382-09-6
  A.K. Bledzki, A. Ries, D. Paßmann, M.P. Hentschel, J. Schors
  
• Filament Winding Technology in View of Carbon Fibre Composites, Baltic Polymer Symposium 2009, Ventspils/Latvia, September 22th -25th 2009
  A.K. Bledzki, M. Feldmann, A. Ries