TY - THES

T1 - Einfluss der Grenzflächeneigenschaften auf die mechanischen Eigenschaften von kurzfaserverstärkten Verbunden

AU - Cwioro, Tamara

N1 - gesperrt bis 23-08-2027

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Faserverbundwerkstoffe ermöglichen durch ihre hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht ein vielseitiges Verwendungsspektrum wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt. Durch ihr hohes Leichtbaupotential können sie einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion des Energieverbrauches sowie zur Umwelt- und Ressourcenschonung beitragen. Faserverbundwerkstoffe besitzen aber nur dann optimale Eigenschaften, wenn eine gute Haftung in der Grenzfläche zwischen Faser und Matrix existiert, damit die auftretenden Kräfte in die Fasern eingeleitet werden können. Durch das Einbringen eines Haftvermittlers können die Bindungen zwischen Faser und Matrix erheblich verbessert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der durch unterschiedliche Haftvermittler modifizierten Grenzfläche auf die mechanischen Eigenschaften von polymerbasierten, kurzfaserverstärkten Verbundwerkstoffen untersucht. Hierfür wurden glasfaserverstärkte Polypropylen (PP) Compounds mit unterschiedlichen Glasfasergehalten und Haftvermittlern hergestellt und anschließend mittels direkter und indirekter Prüfmethoden charakterisiert. Es konnte festgestellt werden, dass Haftvermittler, die eine gute chemische Verträglichkeit sowohl mit der Matrix als auch mit den Fasern aufweisen, zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften führen. Dazu zählen die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung, die Grenzflächenscherfestigkeit und die Schlag- bzw. Kerbschlagzähigkeit. Zusätzlich dazu wurden durch die Anwendung dieser Haftvermittler deutlich mehr kumulierte Hits im höheren Dehnungsbereich mit der Schallemissionsanalyse detektiert, was auf vermehrte Faserbrüche bzw. Faser Pull-outs und weniger Faser/Matrix Ablösungen hindeutet. Wurden allerdings Haftvermittler eingesetzt, die eine schlechte chemische Verträglichkeit vor allem mit der Matrix aufweisen, wurden die bereits erwähnten mechanischen Eigenschaften deutlich verschlechtert. Dies ist auf die Ausbildung von Spalten zwischen der Matrix und den Fasern zurückzuführen. Die Mehrzahl der kumulierten Hits dieser Haftvermittler lag im Bereich geringer Dehnung, was auf vermehrte Faser/Matrix Ablösungen hindeutet. Zusätzlich dazu wurden noch schlagzähmodifizierende Haftvermittler eingesetzt, die zwar eine gute chemische Verträglichkeit mit der Glasfaser aufwiesen, jedoch kaum eine Wirkung auf die Matrix hatten. Dadurch wurden die meisten mechanischen Eigenschaften kaum beeinflusst, die Schlag- bzw. Kerbschlagzähigkeiten konnten jedoch etwas erhöht werden.

AB - Faserverbundwerkstoffe ermöglichen durch ihre hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht ein vielseitiges Verwendungsspektrum wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt. Durch ihr hohes Leichtbaupotential können sie einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion des Energieverbrauches sowie zur Umwelt- und Ressourcenschonung beitragen. Faserverbundwerkstoffe besitzen aber nur dann optimale Eigenschaften, wenn eine gute Haftung in der Grenzfläche zwischen Faser und Matrix existiert, damit die auftretenden Kräfte in die Fasern eingeleitet werden können. Durch das Einbringen eines Haftvermittlers können die Bindungen zwischen Faser und Matrix erheblich verbessert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der durch unterschiedliche Haftvermittler modifizierten Grenzfläche auf die mechanischen Eigenschaften von polymerbasierten, kurzfaserverstärkten Verbundwerkstoffen untersucht. Hierfür wurden glasfaserverstärkte Polypropylen (PP) Compounds mit unterschiedlichen Glasfasergehalten und Haftvermittlern hergestellt und anschließend mittels direkter und indirekter Prüfmethoden charakterisiert. Es konnte festgestellt werden, dass Haftvermittler, die eine gute chemische Verträglichkeit sowohl mit der Matrix als auch mit den Fasern aufweisen, zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften führen. Dazu zählen die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung, die Grenzflächenscherfestigkeit und die Schlag- bzw. Kerbschlagzähigkeit. Zusätzlich dazu wurden durch die Anwendung dieser Haftvermittler deutlich mehr kumulierte Hits im höheren Dehnungsbereich mit der Schallemissionsanalyse detektiert, was auf vermehrte Faserbrüche bzw. Faser Pull-outs und weniger Faser/Matrix Ablösungen hindeutet. Wurden allerdings Haftvermittler eingesetzt, die eine schlechte chemische Verträglichkeit vor allem mit der Matrix aufweisen, wurden die bereits erwähnten mechanischen Eigenschaften deutlich verschlechtert. Dies ist auf die Ausbildung von Spalten zwischen der Matrix und den Fasern zurückzuführen. Die Mehrzahl der kumulierten Hits dieser Haftvermittler lag im Bereich geringer Dehnung, was auf vermehrte Faser/Matrix Ablösungen hindeutet. Zusätzlich dazu wurden noch schlagzähmodifizierende Haftvermittler eingesetzt, die zwar eine gute chemische Verträglichkeit mit der Glasfaser aufwiesen, jedoch kaum eine Wirkung auf die Matrix hatten. Dadurch wurden die meisten mechanischen Eigenschaften kaum beeinflusst, die Schlag- bzw. Kerbschlagzähigkeiten konnten jedoch etwas erhöht werden.

KW - short fiber reinforced composites

KW - interfase

KW - interphase

KW - glass fiber

KW - Kurzfaserverstärkte Verbunde

KW - Grenzfläche

KW - Grenzschicht

KW - Glasfaser

M3 - Masterarbeit

ER -