Schadenstolerante dünnschichtige (Thin-Ply) Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunde mit Graphen-verstärktem Matrixsystem

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bodo Fiedler
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283641236

Ziel ist die Optimierung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) auf Basis der Thin-Ply Technologie mit einer Nanopartikel modifizierten Matrix hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Schadenstoleranz gegenüber Schlagschäden. Von großer Bedeutung ist in vielen Bauteilen die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer frühzeitigen Werkstoffschädigung an freien Rändern. Eine Optimierung dieses Verhaltens kann durch eine Reduktion der Einzelschichtdicke erreicht werden. Mit dieser Thin-Ply genannten Technologie reduziert sich bei gleichbleibender Dicke des Laminats die Anzahl von Schäden wie Zwischenfaserbrüchen. Allerdings wirkt sich die geringere Anzahl an Schädigung nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften von gekerbten oder schlagbeanspruchten Laminaten aus, so dass sie aufgrund der niedrigeren Bruchzähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Laminaten gleicher Dicke eine geringere statische Festigkeit und ein Sprödbruchverhalten aufweisen. Da die Schadensentwicklung bei Schlagschäden maßgeblich von matrixdominierten mechanischen Eigenschaften des Verbundes abhängig ist, soll untersucht werden, ob diese Nachteile der Thin-Ply Laminate durch eine Modifikation des Kunststoffes ausgeglichen werden können, indem die Bruchzähigkeit durch Einbringung von Nanopartikeln erhöht wird. Eine Modifikation der Matrix mit Graphen-Nanopartikeln ist hier ein vielversprechender Ansatz, der bereits intensiv in der Optimierung herkömmlicher FKV angewendet wird. Es sollen Thin-Ply Laminate mit einer Nanopartikelmodifikation der Matrix hergestellt und die Versagensmechanismen, der Einfluss der Schichtdicke und -reihenfolge sowie die Optimierung der Laminate mit von Graphen-Nanopartikeln untersucht werden, um das Potential dieses neuartigen Werkstoffes vollständig auszuschöpfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen