TY - THES

T1 - Dynamisch mechanische Analyse von Epoxidharzen

AU - Guttmann, Peter

N1 - gesperrt bis null

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - Epoxidharze sind auf Grund ihrer ausgezeichneten mechanischen und thermischen Eigenschaften die am meisten eingesetzten Matrixharze in Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffen. Für die Erfassung thermo-mechanischer Kennwertfunktionen werden primär dynamisch-mechanische Analysemethoden (DMA) verwendet. Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es, für ein ausgewähltes Epoxidharzsystem verschiedene DMA-Prüfmethoden hinsichtlich Aussagekraft und Reproduzierbarkeit der thermo-mechanischen Kennwertfunktionen zu untersuchen. Primär sind dabei die dynamischen Belastungsformen Zug, Biegung und Torsion zu verwenden, um den entsprechenden Modul sowie den mech. Verlustfaktor in Abhängigkeit der Temperatur für das ausgehärtete Epoxidharz zu erfassen. Weiters sind die Möglichkeiten der DMA zur Charakterisierung sowohl des Härtungsprozesses als auch der thermo-mechanischen Eigenschaften im ausgehärteten Zustand in einem Messdurchgang zu untersuchen. Der Vergleich der verwendeten DMA-Prüfmethoden zeigt, dass unter Zug- und Torsionsbeanspruchung die am besten reproduzierbaren Ergebnisfunktionen zu erzielen sind. Die Modulwerte im Glaszustand weisen bei einer Temperatur von 23°C eine Standardabweichung von 24 MPa mit einem entsprechenden Modul von 1190 MPa auf. Die Glasübergangstemperaturen liegen im Mittel bei 129°C bei einer Standardabweichung von 0,6°C, wobei generell eine gute Reproduzierbarkeit der Messergebnisse über den gesamten untersuchten Temperaturbereich vorlag. Die Stabilität dieser DMA-Methoden ist vor allem durch die starren Einspannbedingungen begründet. Eine negative Beeinflussung der resultierenden Einspanneffekte ist nicht erkennbar. Merklich instabilere Ergebnisse mit Standardabweichungen bis zu 205 MPa im Tieftemperaturbereich bei -60°C wurden mit der 3-Punkt-Biegevorrichtung u.a. bedingt durch die freie Einspannung der Prüfkörper bestimmt. Für die Untersuchung sowohl des Härtungsverlaufs als auch des ausgehärteten Epoxidharzes wurde eine Methode unter dynamischer Torsionsbelastung entwickelt, die sowohl die thermo-mechanische Charakterisierung des Härtungsfortschrittes als auch die Erfassung der thermo-mechanischen Kennwertfunktionen im gehärteten Zustand innerhalb einer Messung ermöglicht. Die resultierenden Verläufe für den Schubmodul und den mech. Verlustfaktor konnten in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen entsprechender DMA-Standardversuche bestimmt werden.

AB - Epoxidharze sind auf Grund ihrer ausgezeichneten mechanischen und thermischen Eigenschaften die am meisten eingesetzten Matrixharze in Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffen. Für die Erfassung thermo-mechanischer Kennwertfunktionen werden primär dynamisch-mechanische Analysemethoden (DMA) verwendet. Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es, für ein ausgewähltes Epoxidharzsystem verschiedene DMA-Prüfmethoden hinsichtlich Aussagekraft und Reproduzierbarkeit der thermo-mechanischen Kennwertfunktionen zu untersuchen. Primär sind dabei die dynamischen Belastungsformen Zug, Biegung und Torsion zu verwenden, um den entsprechenden Modul sowie den mech. Verlustfaktor in Abhängigkeit der Temperatur für das ausgehärtete Epoxidharz zu erfassen. Weiters sind die Möglichkeiten der DMA zur Charakterisierung sowohl des Härtungsprozesses als auch der thermo-mechanischen Eigenschaften im ausgehärteten Zustand in einem Messdurchgang zu untersuchen. Der Vergleich der verwendeten DMA-Prüfmethoden zeigt, dass unter Zug- und Torsionsbeanspruchung die am besten reproduzierbaren Ergebnisfunktionen zu erzielen sind. Die Modulwerte im Glaszustand weisen bei einer Temperatur von 23°C eine Standardabweichung von 24 MPa mit einem entsprechenden Modul von 1190 MPa auf. Die Glasübergangstemperaturen liegen im Mittel bei 129°C bei einer Standardabweichung von 0,6°C, wobei generell eine gute Reproduzierbarkeit der Messergebnisse über den gesamten untersuchten Temperaturbereich vorlag. Die Stabilität dieser DMA-Methoden ist vor allem durch die starren Einspannbedingungen begründet. Eine negative Beeinflussung der resultierenden Einspanneffekte ist nicht erkennbar. Merklich instabilere Ergebnisse mit Standardabweichungen bis zu 205 MPa im Tieftemperaturbereich bei -60°C wurden mit der 3-Punkt-Biegevorrichtung u.a. bedingt durch die freie Einspannung der Prüfkörper bestimmt. Für die Untersuchung sowohl des Härtungsverlaufs als auch des ausgehärteten Epoxidharzes wurde eine Methode unter dynamischer Torsionsbelastung entwickelt, die sowohl die thermo-mechanische Charakterisierung des Härtungsfortschrittes als auch die Erfassung der thermo-mechanischen Kennwertfunktionen im gehärteten Zustand innerhalb einer Messung ermöglicht. Die resultierenden Verläufe für den Schubmodul und den mech. Verlustfaktor konnten in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen entsprechender DMA-Standardversuche bestimmt werden.

KW - dynamic machanical analysis epoxy resin

KW - dynamisch mechanische Anaylse Epoxidharz thermo-mechanische Eigenschaften

M3 - Masterarbeit

ER -