Versagensverhalten der Faser-Matrix-Grenzschicht in Faserverbundwerkstoffen

Trotz der Fortschritte bei Herstellung und Anwendung von Verbundwerkstoffen sind die Auswirkungen der Faser-Matrix-Grenzfläche auf den Gesamtwerkstoff weitgehend ungeklärt. Dieses Vorhaben soll zum Verständnis der Übertragbarkeit von mikromechanisch ermittelten Kennwerten auf die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen beitragen. Zunächst stellt sich die Frage, welches die relevanten Interface-Eigenschaften sind und wie sie experimentell bestimmt werden können. Mit "mikromechanischen" Methoden ("single fibre pull-out", "push-out" und "fragmentation test") wird versucht, Interface-Festigkeiten zu ermitteln. Die erhaltenen Werte sind jedoch stark von Versuchsführung und Probengeometrie abhängig, da die Abschätzung der auftretenden Spannungen für die Bestimmung einer Festigkeit zu ungenau ist. Im Unterschied hierzu sollen im Vorhaben die umgesetzten Energien bei der Faser-Matrix-Trennung quantifiziert werden, d.h. die Oberflächenenergie, die viskoelastische Verformung der Matrix und die FaserMatrix-Reibung in bereits abgelösten Bereichen. Diese Kenngrößen werden mit hochsteifen mikromechanischen Versuchsanlagen anhand von "Einzelfaser"-Proben ermittelt. Wesentliche Parameter, wie die Einbettlänge, Belastungsgeschwindigkeit, Beiastungsrichtung, Faser-Vorspannung und das die Faser umgebende Matrixvolumen werden systematisch variiert. Ziel ist die Schaffung einer ausführlichen experimentellen Grundlage, auf der weiteren Arbeiten (z.B. Modellrechnungen) aufsetzen können.

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