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

Ziel des Forschungsvorhabens ist es Faser-Kunststoff-Verbunde auf Basis der Thin-Ply Technologie und der Modifikation der Matrix mit Nanopartikeln hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften zu optimieren. Insbesondere liegen die Schwerpunkte auf der Untersuchung der Schadensentstehung und -ausbreitung in Abhängigkeit von der Schichtdicke, sowie der Verbesserung der Schadenstoleranz der FKV, wie z.B. die Restdruckfestigkeit nach einem Schlagschaden (engl. compression after impact, kurz CAI), da diese häufig als limitierende Auslegungskenngröße gilt.

Für die Optimierung der Materialeigenschaften ist ein grundlegendes Verständnis über die Versagensmechanismen von Thin-Ply Laminaten im Vergleich zu konventionellen Verbunden erforderlich und soll im Rahmen des Forschungsvorhabens erarbeitet werden. Dabei wird der Einfluss der Schichtdicke im Laminat auf die mechanischen Eigenschaften untersucht, mit dem Ziel die kritische Schichtdicke zu ermitteln bei deren Unterschreitung Schädigungen unterdrückt werden und sich der Schadensverlauf verändert. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die aufwendige Herstellung von Thin-Ply prepregs von Bedeutung. Weiterhin erfolgt eine detaillierte Untersuchung der Interaktion der Nanopartikel mit der Matrix und im Thin-Ply Faserverbund mit dem Ziel die Wirkmechanismen zu verstehen. Im Einzelnen leiten sich aus den Zielen folgende Fragestellungen ab:

 Welchen Einfluss haben Nanopartikel auf die Bruchzähigkeit in FKV?

 Welche Wechselwirkungen ergeben sich aus dem Einsatz von Nanopartikeln mit den Thin-Ply Laminaten in Bezug auf die Festigkeitssteigerung?

 Welchen Einfluss hat die Schichtdicke auf die Schadensentstehung und -ausbreitung?

 Wie versagen Thin-Ply Laminate mit und ohne Nanopartikeln?

 Gibt es eine Schichtdicke ab der sich das Schadensbild signifikant ändert?

 Gibt es ein Optimum der Schichtdicke und -reihenfolge?

Auf Grundlage der Forschungsergebnisse hinsichtlich der Versagens- und Wirkmechanismen von Nanopartikel modifizierten Thin-Ply Laminate kann das Potential dieser neuartigen Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe gezielt vollständig ausgeschöpft werden.

Stichworte

• Abbauprozesse