Faserverstärkte Kunststoffe finden in einer Vielzahl an Anwendungen ihren Einsatz, vor allem in Leichtbauanwendungen, bei denen hohe Steifigkeiten und Festigkeiten bei geringem Gewicht von großer Bedeutung sind. Delamination tritt bei Laminaten häufig auf und kann zum Versagen führen, daher ist es von großer Bedeutung das bruchmechanische Verhalten von faserverstärkten Kunststoffen zu kennen. Nach dem Stand der Technik, wird die Rissinitiierung und der Risslängenfortschritt mit einem Mikroskop oder Kamerasystem beobachtet und so die Rissentstehung und Ausbreitung manuell bestimmt. Dies führt allerdings zu subjektiven und ungenauen Ergebnisse. Der Einsatz der Schallemissionsanalyse (AE) könnte eine Lösung sein, um die Bestimmung der Rissinitiierung und Risslänge zu automatisieren.
Ziel dieser Arbeit war es das Delaminationsverhalten von glasfaser- (GFK) und carbonfaserverstärkte Kunststofflaminaten (CFK) mit demselben Epoxidmatrixsystem zu bestimmen. Es wurde die kritische Energiefreisetzungsrate für beide Materialien in verschiedenen Versuchsaufbauten bestimmt. Tests für Mode I, II und Mixed Mode I/II Belastung wurden nach verschiedenen Normen durchgeführt. Für Mode II und Mixed Mode I/II wurde jeweils nach zwei Normen getestet, um die Ergebnisse miteinander zu vergleichen. Um einen tieferen Einblick in das Delaminationsverhalten von Verbundwerkstoffen zu erhalten, wurde des Weiteren der Fokus auf die Schallemissionsanalyse gelegt. Mithilfe der Schallemissionsanalyse wurde die Rissinitiierung bestimmt und mit den Werten der Standardmethoden verglichen. Darüber hinaus wurde die Schallemissionsanalyse dazu verwendet, die Rissfront zu lokalisieren. Der so ermittelte Rissfortschritt wurde mit der visuell beobachteten Rissfront verglichen. Durch mikroskopische Untersuchungen wurden die Bruchflächen aller Proben dahingehend untersucht, ob es Unterschiede abhängig des getesteten Modes gibt.
Die ermittelten kritischen Energiefreisetzungsraten für alle getesteten Versuchsaufbauten zeigten für beide Materialien ähnliche Trends. Die niedrigsten Werte ergaben sich bei den Mode I Prüfungen, gefolgt von den Mixed Mode I/II Prüfungen. Die höchsten Werte wurden bei Mode II Prüfungen ermittelt. Die Energiefreisetzungsraten der Rissinitiierung ergaben jeweils niedrigere Werte als die der Rissausbreitung. Die Initiierungswerte, die mithilfe der Schallemissionsanalyse ermittelt wurden, ergaben die konservativsten Ergebnisse. Es konnte gezeigt werden, dass die Schallemissionsanalyse eine brauchbare Methode ist, um den Beginn der Delamination zu bestimmen. Die kritische Energiefreisetzungsrate für das GFK-Laminat war ungefähr doppelt so hoch wie für das CFK-Laminat.
Die mikroskopische Analyse der Bruchflächen zeigte Unterschiede abhängig vom geprüften Mode. Die Bruchflächen der Mode II und Mixed Mode I/II geprüften Proben wiesen die für diesen Mode typischen „shear hackles“ auf. Die Bruchflächen der Mode I geprüften Prüfkörper zeigten keine Anzeichen von Scherung, aber es konnten gleichmäßig verteilte Fasern mit Matrixmaterial dazwischen festgestellt werden.
Die Rissfrontlokalisierung mittels Schallemissionsanalyse konnte ebenfalls gute Ergebnisse liefern, die mit dem optisch erfassten Rissfrontfortschritt übereinstimmen. Die Lokalisierung der akustischen Signale zeigte ein Band mit den hochenergetischen Signalen. Bei Mode I Versuchen der GFK-Laminate war dieses Band breiter ausgeprägt als für die CFK-Laminate, was auf „fiber bridging“ zurückzuführen ist, welches bei GFK stärker zu beobachten war als bei CFK. Dies zeigt sich auch in der R-Kurve der Mode I Versuche von GFK, welche im Gegensatz zu CFK kein Plateau bildet. Ein weiterer Grund für die stärkere Streuung der GFK-Laminaten könnte die niedrigere Schallgeschwindigkeit im Vergleich zu CFK sein, da es bei niedrigeren Schallgeschwindigkeiten zu einer ungenaueren Signalordnung kommt.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass alle getesteten Methoden zu vernünftigen Ergebnissen führten und bei beiden Materialien die gleichen Trends festgestellt werden konnten. Es konnte gezeigt werden, dass die Schallemissionsanalyse eine hilfreiche Methode ist, um das Delaminationsverhalten von Verbundwerkstoffen zu bestimmen.