Charakterisierung der Faser-Matrix-Haftung in Verbundwerkstoffen

Textechno FIMABOND. Foto: DITF

Faserverstärkte Verbundwerkstoffe bestehen aus Verstärkungsfasern, wie zum Beispiel Glas-, Carbon-, Aramid- oder Naturfasern, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Diese ersetzen in zunehmendem Maße traditionelle Werkstoffe in Hightech-Anwendungen wie im Leichtbau, in Windkraftanlagen und in der Luft- und Raumfahrt. Dank außergewöhnlicher Eigenschaften wie einer sehr guten Festigkeit und Steifigkeit werden aus Faserverbundwerkstoffen hoch belastbare Bauteile hergestellt. Neben dem Eigenschaftsprofil der Verstärkungsfasern bestimmt auch die Haftung zwischen den Fasern und der Matrix maßgeblich die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs. Nur mittels einer perfekt angepassten Faser-Matrix-Haftung (FMH) können Kräfte, die auf ein Bauteil wirken, optimal übertragen werden. Das macht die besondere Festigkeit von Faserverbundwerkstoffen aus.

Um ein vollständiges Eigenschaftsprofil von Verbundwerkstoffen zu erhalten, ist neben der Bestimmung der mechanischen Eigenschaften auch die Charakterisierung der FMH erforderlich. Nur aufgrund dieser Messgröße können Rückschlüsse auf den optimalen strukturellen Aufbau von Fasern gezogen werden. Für die gezielte Entwicklung von Faserpolymeren und Fasern ist ein Messverfahren zur FMH daher unerlässlich.

IHR ANSPRECHPARTNER

    Dr. rer. nat. Frank Hermanutz

    Leiter Kompetenzzentrum Biopolymerwerkstoffe

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FIMATEST erweitert die analytischen Möglichkeiten

Die DITF haben an dieser Stelle investiert. Das Messsystem FIMATEST der Firma Textechno H. Stein GmbH & Co. KG steht seit Anfang des Jahres in den Laboren den wissenschaftlichen Forschungsteams zur Verfügung. Das FIMATEST-System besteht aus der Einbettstation FIMABOND und dem Prüfgerät FAVIMAT+. Hiermit ist es möglich, die FMH mittels eines standardisierten Messverfahrens quantitativ und reproduzierbar zu bestimmen. Durch den FIMABOND wird ein Einzelfilament über eine definierte Länge in einen Matrixtropfen eingebettet. Nach der vollständigen Aushärtung oder Abkühlung des Matrixtropfen erfolgt der Einzelfaser-Auszugversuch (Single Fibre Pull-Out) am FAVIMAT+. Durch das Herausziehen der Einzelfaser aus dem Matrixtropfen werden die Zeit, die Kraft und der Weg während des Messvorgangs gemessen. Mit diesen Werten werden charakteristische Profile der FMH bestimmt. Zusätzlich ist eine visuelle Beobachtung und eine Beurteilung des Messversuchs mittels einer hochauflösenden Messkamera möglich.

Die Investition in das FIMATEST-Messsystem erweitert die analytischen Möglichkeiten der DITF im Bereich der Hochleistungswerkstoffe. Dieser Forschungszweig ist stark anwendungsorientiert mit vielfachen Vernetzungen zur industriellen Fertigung.