Hochleistungsverbundwerkstoffe

In zahlreichen Untersuchungen der letzten Zeit ist es gelungen, die interlaminaren Brucheigenschaften unter verschiedenen Belastungsrichtungen (Mode I und II) wesentlich zu erhöhen. Dabei blieben auch die wichtigen thermo-mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe ohne nachteilige Verschiebung der Einsatzgrenzen erhalten.

Duroplastische Faserverbundwerkstoffe (FKV) mit Kohlenstofffasern zeichnen sich durch ihre hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit aus und sind für anspruchsvolle Anwendungen im Flugzeugbau (z. B. lasttragender Flügelkasten) und im Automobilsektor (z. B. Leichtbaufelgen) geeignet. Die duroplastische Polymermatrix ist jedoch aufgrund ihrer hohen molekularen Netzwerkdichte spröde und daher schadensanfällig bei Defekten durch hohe Lasten. Kritische Belastungen begünstigen Rissbildungen, führen zu Risswachstum und im schlimmsten Fall zum Bauteilversagen.

Dieses intrinsische Projekt erforscht Wege und Mechanismen um den Widerstand duroplastischer Matrizes gegen Rissbildung und -wachstum wesentlich zu steigern. In die Matrix werden Nanopartikel mit sphärischer Kern-Schale-Struktur sowie Block-Copolymere eingebracht. Kern-SchalePartikel haben eine definierte Struktur mit duktilem Kern und steifer Schale. Aus den Block-Copolymeren bilden sich Nanopartikel erst während des Herstellungsprozesses aus. Aufgrund ihrer Größe und Form in Nano- und Mikrodimension und aufgrund der guten Verteilung und Anbindung an die Polymermatrix aktivieren die Nanopartikel mikromechanische,  zähigkeitssteigernde Mechanismen, wie z. B. plastische Deformation des nachgiebigen Partikelkerns. Sie wirken dadurch einer Rissausbreitung entgegen. Setzt man Nanocomposite-Matrizes in Faserverbundwerkstoffen ein, so kann auch dort die Schadenstoleranz erheblich gesteigert werden.