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Vortrag

Mechanismenorientierte Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens glasfaserverstärkter Polyurethane (GFK-PU) anhand kombinierter Hysterese- und Temperaturmessverfahren

Wednesday (05.07.2017)
13:00 - 13:20 Uhr
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Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) eignen sich aufgrund ihrer hervorragenden spezifischen Eigenschaften im Besonderen zur Erzielung der im EU Klima- und Energierahmen 2030 festgelegten Kennwerte. GFK-Strukturen finden daher zur Optimierung der Energie- und Ressourceneffizienz bereits Anwendung in einer Vielzahl Komponenten der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Dabei wird derzeit hauptsächlich auf glasfaserverstärkte Epoxidharzsysteme aufgrund ihrer ausreichend untersuchten Eigenschaften und der optimierten Herstellungsprozesse zurückgegriffen. Polyurethan weist jedoch im Hinblick auf Energieeffizienz und Schadenstoleranz Vorteile gegenüber Epoxidharz auf, weshalb es gegenwärtig verstärkt in den Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen rückt.

Der Vortrag befasst sich mit der Charakterisierung des zyklischen Verformungsverhaltens von neuentwickeltem glasfaserverstärkten Polyurethan (GFK-PU), hergestellt in einem Hochdruck-RTM-Prozess. In Mehrstufenversuchen wurde das Ermüdungsverhalten und der Schädigungsverlauf anhand kombinierter Hysterese- und Temperaturmessverfahren bewertet und in Einstufenversuchen validiert. Dabei wurden Kennwerte der Hysterese wie Dämpfung und dynamischer Elastizitätsmodul ermittelt und mit dem Temperaturverlauf korreliert. Ein neuer Ansatz zur Ermittlung des Elastizitätsmoduls diente der dehnratenunabhängigen Bestimmung der Steifigkeit in Mehr- und Einstufenversuchen. Zur Bewertung der Leistungsfähigkeit der neuentwickelten Polyurethanstrukturen wurden die Ergebnisse mit denen an Referenzproben aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit identischem Lagenaufbau gegenübergestellt. Es konnte gezeigt werden, dass der kombinierte Messaufbau die vergleichende Bewertung der Ermüdungseigenschaften sowie die Beschreibung des Schädigungsverlaufs in Mehrstufenversuchen ermöglicht. Dabei diente im Speziellen die Steifigkeitsdegradation als Maß für den Schädigungszustand und führte sowohl in Mehr- als auch Einstufenversuchen zu Reststeifigkeiten vor Bruch von ca. 71%. Zusätzlich konnte ermittelt werden, dass sich Epoxidharz gegenüber Polyurethan durch eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit um über 20% auszeichnet, was durch Fehlstellen in der Polyurethanmatrix begründet werden konnte.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Daniel Hülsbusch
Technische Universität Dortmund
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Frank Walther
    Technische Universität Dortmund
  • Michael Jamrozy
    Technische Universität Dortmund