Charakterisierung und Modellierung der Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehung selbstverstärkter Polymere am Beispiel von PET hinsichtlich des Ermüdungs- und Schädigungsverhaltens

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Wilfried Liebig; Professorin Dr.-Ing. Anna Trauth
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566752939

Klassische Verbundwerkstoffe sind für ihre hohe dichtespezifische Steifigkeit und Festigkeit bekannt. Diese vorteilhaften Eigenschaften haben dazu geführt, dass sich klassische Verbundwerkstoffe in vielen Anwendungen gegenüber konventionellen Metallen durchgesetzt haben. Der Einsatz dieser Verbundwerkstoffe bringt jedoch durch die erschwerte Trennbarkeit von Faser und Matrix ein Entsorgungsproblem mit sich. Demgegenüber stehen selbstverstärkte Polymere; vollpolymere recyclingfähige thermoplastische Verbundwerkstoffe, bei denen Faser und Matrix aus einem Polymer oder derselben Polymerfamilie stammen. Der gleichartige chemische Aufbau führt nicht nur zu einer hervorragenden Grenzflächenhaftung zwischen Faser und Matrix, sondern wirkt sich auch auf die Schädigungsinitiierung und Schadensentwicklung unter mechanischer Belastung aus. Obwohl selbstverstärkte Polymere bereits 1975 entwickelt wurden und seit einigen Jahren auch kommerziell erhältlich sind, liegen neben einer Vielzahl von quasi-statischen Materialkennwerten, praktisch keine systematischen Untersuchungen vor, die das Degradationsverhalten von selbstverstärken Polymeren unter zyklischer Langzeitbelastung beschreiben und vorhersagen können. Dies ist kritisch, da die zyklische, mechanische Belastung als die häufigste Versagensursache in Verbundwerkstoffen angesehen wird. Um eine sichere und zuverlässige Auslegung von selbstverstärkten polymeren Strukturbauteilen zu gewährleisten und damit die Marktdurchdringung von recyclingfähigen Kompositen zu erhöhen, ist es daher notwendig das Schädigungs- und Ermüdungsverhalten von selbstverstärkten Polymeren unter zyklischer mechanischer Belastung beschreiben und vorhersagen zu können. Das Forschungsvorhaben hat deshalb zum Ziel das Schädigungs- und Ermüdungsverhalten von selbstverstärktem PET systematisch zu untersuchen. Hierfür wird, neben vorangegangenen quasi-statischen Untersuchungen unter einachsiger Zugbelastung das Degradationsverhalten unter Einfluss von Mittelspannung, Faservolumenanteil, Temperatur und Frequenz umfassend charakterisiert und analysiert. Darüber hinaus wird ein Modell zur Vorhersage und Abschätzung der Lebensdauer von selbstverstärkten Polymeren entwickelt. Dies ermöglicht die effiziente Auslegung von Strukturbauteilen auf Basis von selbstverstärkten Polymeren und erlaubt somit deren großflächigen Einsatz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Frank Henning