Untersuchungen zum Einfluss strukturierter z-Pins auf die mechanischen Eigenschaften von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Scharr
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398803737

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) besitzen aufgrund ihres mikrostrukturellen Aufbaus aus lasttragenden Faserwerkstoffen und der formgebenden Matrix sehr gute mechanische Eigenschaften in der Laminatebene. Ein anderes Bild zeigt sich, wenn eine Struktur aus FKV senkrecht zur Laminatebene belastet wird. Vor allem stoß oder impactartige Belastungen führen, aufgrund der geringen Schlagzähigkeit und der damit einhergehenden Anfälligkeit für Delaminationen sowie der geringen Schadenstoleranz häufig zu Einschränkungen in Bezug auf die Resttragfähigkeit. In der Fertigung von FKV-Strukturen werden Bauteile häufig aus vorimprägnierten Halbzeugen, sogenannten Prepregs, schichtweise aufgebaut. Die einzige und bereits bewährte Möglichkeit diese hinsichtlich Schlagzähigkeit, Delaminationsverhalten und Schadenstoleranz zu verbessern ist das sogenannte z-Pinning-Verfahren, bei dem dünne Pins vor dem Aushärten in z-Richtung in das Bauteil eingebracht werden. Z-Pins sind nadelförmige, zumeist runde Stäbe mit Durchmessern von typischerweise 0,1...1,0 mm. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass das z-Pinning eine sehr wirkungsvolle Methode darstellt, impactgefährdete Strukturen gezielt zu verstärken. Das Ziel des Vorhabens ist die weitere Steigerung der Effektivität eingebrachter z-Pins durch das gezielte Aufbringen einer Oberflächenstruktur mittesls ultrakurzer Laserpulse und damit die Schaffung von Formschluss zwischen den Pins und dem umgebenden Laminat. Aufbauend auf internen Vorarbeiten soll in experimentellen Untersuchungen der Einfluss unterschiedlicher Oberflächenstrukturen auf die mechanischen Eigenschaften von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen untersucht und eine optimale Oberflächengeometrie ermittelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen