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AG Faser-Matrix-Wechselwirkung

Entscheidend für die Anbindung zwischen Faser und Matrix und damit für die mechanischen Eigenschaften und die chemische und thermische Beständigkeit eines Faserverbundes ist der Faser-Matrix-Grenzbereich, die sogenannte Interphase. Ziel der Arbeitsgruppe ist es, ein grundlegendes Verständnis der Struktur der Interphase, der Wechselwirkung zwischen Carbonfaser und Polymermatrix und den daraus resultierenden Eigenschaften des Ver­bund­werk­stoffes zu erlangen. Dazu sollen die Ergebnisse von mikroskopischen Analysen mit mechanischen Kennwerten und Ver­sa­gens­me­chan­ismen des makroskopischen Verbundes verknüpft werden. Von Interesse sind sowohl duromere und thermoplastische Polymersysteme als auch keramische Matrices.

Mikroskopische Untersuchung der Interphase

Rastersondenmikroskopische Untersuchung der Interphase zwischen Carbonfaser und Polymermatrix Die Interphase beinhaltet das Faser-Matrix-Interface sowie die angrenzenden Bereiche von Faser und Matrix, die im Vergleich zur Volumenstruktur veränderte Material­ei­gen­schaften aufweisen. Die Ausdehnung der Interphase ist stark materialabhängig und reicht von wenigen Nano- bis zu wenigen Mikrometern. Ein Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt auf der ma­ter­ial­wissen­schaftlichen Charakterisierung der In­ter­pha­se von car­bon­faser­ver­stär­kten Polymeren. Ihre Ausdehnung, ihre strukturellen, mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften sind charakteristisch für das verwendete Materialsystem bestehend aus Faser, Schlichte und Matrix sowie die Prozessparameter der Verbundherstellung. Im Falle thermoplastischer Matrices interessiert insbesondere die Ausbildung transkristalliner Schichten in der Faserumgebung. Die Untersuchung nanoskaliger Variationen der strukturellen, mechanischen und thermischen Eigenschaften erfolgt mittels Rastersondenmikroskopie. Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und der Bindungsstruktur der Interphase wird mit höchster lateraler Auflösung mittels Rasteraugermikroskopie durchgeführt.

Mikromechanische Charakterisierung

Einzelfaser-Push-Out-Versuche an carbonfaserverstärktem Polymer Ein besonderer Schwerpunkt der Ar­beits­gruppe liegt in der mi­kro­mechanischen Prüfung von Einzelfaser-Polymer-Verbünden und Mikrocomposites. Bei diesen Prüfungen wird gezielt die Anbindung einer einzelnen Faser an die umgebende Matrix untersucht, welche entscheidenden Einfluss auf die makroskopischen mechanischen Ei­gen­schaf­ten des Composites hat. Die Ergebnisse der mikromechanischen Prüfungen sind dabei charakteristisch für das jeweilige verwendete Materialsystem sowie die zur Herstellung verwendeten Prozessparameter. Eingesetzt werden verschiedene am Lehrstuhl weiterentwickelte Methoden, wie z.B. Einzelfaser-Pull-Out- und Micro-Bond-Versuche an Einzelfaser-Polymer-Verbünden sowie Einzelfaser-Push-Out-Versuche an Composites. Ziel ist eine Korrelation der mi­kro­me­cha­ni­schen Kennwerte mit den makromechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes.

Makromechanische Charakterisierung

Zur Bestimmung des Einfluss der Faser-Matrix-Wechselwirkung auf ma­kro­me­chanische Eigenschaften werden vorwiegend interlaminare Ma­ter­ial­kenn­werte herangezogen. Dazu werden vor allem Messungen der interlaminaren Scherfestigkeit und der interlaminaren Energiefreisetzungsrate (Mode I, Mode II, Mode I/II) durchgeführt. Als Alternative stehen auch Fa­ser­frag­men­tier­ungs­ver­suche unter Zug- und Druckbelastung zur Verfügung. Um eine Korrelation der mikroskopischen Bruchvorgänge mit makromechanischen Materialeigenschaften zu erreichen werden zudem Schallemissionsmessungen bei diesen Versuchsarten durchgeführt.

Ansprechpartner:

Judith Moosburger-Will

Arbeitsgruppenmitglieder:

Thomas Guglhör

Eva Laukmanis

Michael Schulz