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BIONIK-INNOVATIONS-CENTRUM B-I-C – Abgeschlossene Forschungsprojekte

Grenzschichten in Verbundwerkstoffen

Optimierung von Grenzschichten in faserverstärkten Polymerwerkstoffen

Als ein wichtiges Prinzip biologischer Strukturen kann der hierarchische Aufbau gesehen werden. Bei der Übertragung der Wirkungsweise hierarchischer Strukturen auf Faserverbundwerkstoffe sind insbesondere zwei Funktionsprinzipien von Interesse: (i) die kontrollierte Orientierung der Einzelelemente sowie (ii) die dauerhafte Kontaktschichtung zwischen harten und weichen Werkstoffen. Die Grundüberlegung zur Verstärkungswirkung von Fasern geht davon aus, dass von außen einwirkende Kräfte über Schubspannungen in der Faser/Matrix-Grenzschicht weitergeleitet werden müssen.

Zur optimalen Schubspannungsübertragung muss eine als kritische Faserlänge bezeichnete Länge der Faser überschritten werden. Je besser die Haftung zwischen Faser und Matrix ist, desto kleiner kann die kritische Faserlänge sein.



Bild 1: Flachsfaser (A) in PLA (B) nach Fragmentationsversuch; deutliches Debonding identifizierbar (Huber & Müssig, 2008)

Für Glas- und Kohlenstofffasern sind bereits umfangreiche Studien zur Bestimmung der kritischen Faserlänge durchgeführt und publiziert worden.

 

Bei Naturfasern ist die Anzahl der Publikationen überschaubar und fokussiert sich vor allem auf Flachsfaserverbundwerkstoffe. Ein zentraler Punkt der laufenden Arbeiten ist die experimentelle Bestimmung der Haftung zwischen Faser und Polymerwerkstoff und die Ermittlung der resultierenden Scherfestigkeiten der Naturfasern und regenerierten Cellulosefasern im Polymerwerkstoff. Der Einsatz von so genannten Haftvermittlern konnte deutlich die Anbindung der Fasern an die Matrix erhöhen.

Projektziele

  • Einsatz von Plasma- und Strahlungsmethoden zur Verbesserung der Faser/Matrixhaftung
  • Gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsprojekte in Planung

Projektleitung und Projektmitarbeiter
Prof. Dr. Jörg Müssig (Leitung), Tim Huber, Nina Graupner


Veröffentlichungen

  • Huber, T. / Müssig, J. 2008: Fibre matrix adhesion of natural fibres cotton, flax and hemp in polymeric matrices analyzed with the single fibre fragmentation test. In: Composite Interfaces, (ISSN 0927-6440), Vol. 15, No. 2-3,(2008), pp. 335-349
  • Huber, T. / Biedermann, U. / Müssig, J. 2009: Enhancing the fibre matrix adhesion of natural fibre reinforced polypropylene by electron radiation analyzed with the single fibre fragmentation test. In: Composite Interfaces, (ISSN 0927-6440) .– in press

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