Einfuss der Matrixeigenschaften auf Ermüdungsverhalten

Endlosfaserverstärkte Kunststoffe stellen eine Werkstoffklasse mit herausragenden Ermüdungseigenschaften dar, die maßgeblich durch die Fasern erreicht werden. Die Polymermatrix aber auch die Faser-Matrix-Haftung schaffen im Verbund die Grundlage, um die guten Ermüdungseigenschaften der Fasern auszunutzen. Häufig lässt sich zeigen, dass mikroskopische Schädigung wie beispielsweise ein Zwischenfaserbruch ursächlich für das Totalversagen auch in Faserrichtung ist. Die Identifizierung der Matrixeigenschaften, die diese mikroskopische Schädigung initiieren und maßgeblich beeinflussen stellt eine Herausforderung dar, da häufig auch unerwünschte Veränderungen im Laminat mit einer Polymermodifikation einhergehen. Die Strahlenbehandlung mit y-Strahlen stellt einen möglichen Ansatz dar, der diese Probleme umgeht, indem das Polymer erst im finalen Schritt der Probenpräparation verändert wird. Eine veränderte geometrische Anordnung der Fasern ist somit auszuschließen. Aus einer Selektion verschiedener im Bereich der Faserverbundwerkstoffe verwendeter Matrixpolymere wurden bereits Polycarbonat und Epoxidharz als geeignet für den Untersuchungsansatz identifiziert. Zur gezielten Schädigungsuntersuchung finden verschiedene Probengeometrien und Lagenaufbauten Anwendung im Projekt. Beispielsweise lässt sich durch gekerbte Längsdruckproben das Versagen durch „Kink bands“ erzeugen. In-situ Verfahren erlauben weiterhin die Schädigung im laufenden Ermüdungsversuch zu dokumentieren. Durch den Ansatz konnte bereits gezeigt werden, dass Zwischenfaserbrüche bereits bei verhältnismäßig geringer globaler Dehnung und im ersten Lastzyklus entstehen. Die systematische Untersuchung unter zug- und druckschwellender Belastung sowie alternierender Schubbeanspruchung bildet die Datenbasis um die wesentlichen Matrixeigenschaften zu identifizieren. Unterstützend werden mikromechanische Modelle genutzt.