Elastische Eigenschaften glasfaserverstärkter Kunststoffe

Zusammenfassung

Das elastische Verhalten der GFK-Werkstoffe ist bestimmt durch die Eigenschaften der Einzelkomponenten Glas und Harz. Während die Glasfasern vollelastisch sind, besitzen die Harze — wie alle Hochpolymeren — elastische und viskose Komponenten und neigen zu Relaxationen. Der Elastizitätsmodul des Verbundes hängt außerdem von der Form des Bauteils und der Orientierung des Verstärkungsmaterials ab, das im allgemeinen als Glasseidenmatte, Glasseidengewebe oder Roving vorliegt. Die zweidimensionalen Verstärkungen Matte und Gewebe weisen im Spannungs-Dehnungs-Diagramm bei einer Belastung von etwa 0,25σ _B bis 0,30σ _B einen mehr oder weniger stark ausgeprägten Knick auf, der auf Dehnvergrößerungen und den Beginn einer Rißbildung im Querverband zurückzuführen ist.

Da aufgrund dieser Zerstörungen die Festigkeit im Querverband sinkt, ergibt sich im Anschluß an den ersten, dem „initial slope“ bis zum Knick nahezu „proportionalen“ Bereich, im zweiten Bereich, dem secondary slope, ein niedrigererE-Modul. Für tragende Bauteile, die Witterungs- und Temperatureinflüssen sowie statischen, dynamischen und stoßartigen Beanspruchungen ausgesetzt sind, muß daher gefordert werden, daß nur für Belastungen in dem ersten Bereich dimensioniert wird. Eine weitere Schwächung des teilweise zerstörten Verbundes durch Alterung in jeder Form würde die Festigkeit und Sicherheit des Bauteils in Frage stellen.

Wegen der Anisotropie des Verbundwerkstoffs ist es für den Konstrukteur notwendig, neben Anwendung der Tabellenwerte klare Vorstellungen von dem inneren Mechanismus der Kraftübertragung zu haben.

Da die Entnahme von Probekörpern ein Zerstören des Fertigteils und Kosten bedingt, ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren entwickelt worden, mit dem Ziel,E-Modul und Glasgehalt zu bestimmen. Durch Messen der Schallgeschwindigkeiten in ausgezeichneten Richtungen und unter bestimmten Einschallwinkeln ist es gelungen, die elastischen Konstanten zu ermitteln und daraus den dynamischenE-Modul zu berechnen. Die Möglichkeiten erstrecken sich bisher nur auf die Faserrichtung von Geweben, die in Kett- und Schußrichtung gleich stark sind. Nachdem aber die grundsätzlichen Schwierigkeiten, vor allem meß- und gerätetechnischer Art, gelöst wurden, ist eine positive Weiterentwicklung zu erwarten.