Projekt 2.1

ZPT+HP P2.1 Bild B150px

3D-Mikrostruktur-, Fehler- und Schadensuntersuchungen an Polymersystemen

Hochauflösende zerstörungsfreie Prüfmethoden werden entwickelt, um die Mikrostruktur, Defekte und das Schädigungsverhalten von heterophasischen Polymerwerkstoffen zu charakterisieren.
Faser und partikelverstärkte Composite Materialien (z.B. mit Glas, Kohlenstoff, Cellulosefasern etc.) bieten exzellente Eigenschaften in Bezug auf Herstellung, mechanischen Kennwerten, Gewichtsreduktion und Reduktion der Herstellkosten und werden daher weit verbreitet eingesetzt, insbesondere im Automobil- und Luftfahrtbereich. Die vermehrte Anwendung von verstärkten Polymeren für sicherheitsrelevante Produkte erfordert umfassende Qualitätssicherung was die Entwicklung von neuartigen Prüfverfahren vorantreibt. Daher ist es im Interesse der Industriepartner, neue und verbesserte ZfP- Verfahren für quantitative Auswertungen und Qualitätssicherung zu entwickeln und einzusetzen. Besonders die Detektion und Bewertung von Eigenschaften wie Faserorientierung und Faserlänge (FOD, FLD), Phasenorientierungen, Defekten (Poren, Einschlüsse, Risse, Delaminationen etc.) wird in diesem Projekt behandelt.
Ein weiterer Aspekt ist die Schadensakkumulation bei Ermüdungsbeanspruchung und die generellen Schadensmechanismen, die bei diesen Werkstoffen besonders komplex sind. Die komplexe Mikrostruktur begünstigt die Ausbildung von komplexen Mechanismen und Zusammenhängen auf unterschiedlichen Größenskalen, welche erst umfassend verstanden werden müssen. Um genaue Vorhersagemodelle entwickeln zu können, ist eine qualitative und quantitative Beschreibung der Vorgänge nötig, die zur Ausbildung der Schädigung führen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden in-situ Methoden in Kombination mit Materialsimulation eingesetzt, wobei quantitative Information aus XCT Scans einbezogen wird. Zusätzlich zum Scannen vor und nach der mechanischen Prüfung (ex- situ) sind auch die Vorgänge über die Zeit wie zum Beispiel die Entstehung von Defekten oder Schädigung von Interesse (in- situ). Die Kombination von XCT und Zugversuch führt zur quantitativen Beschreibung wie sich Materialparameter mit unterschiedlichen Lasten verändern.
Speziell für das Design und die Produktion von Leichtbaukomponenten, hybride Metall-Kunststoff Komponenten haben große Vorteile aufgrund der flexibleren Gestaltungsmöglichkeiten und dem geringeren Gewicht. Aufgrund von Artefakten, die beim Übergang von Metall zu Kunststoff entstehen, Defekte wie Risse und Delaminationen können nur schwer detektiert werden. Daher werden Methoden entwickelt und angewendet, die diese Artefakte reduzieren.