Auswirkungen von Dehnrate und lokaler Temperaturentwicklung auf das Crashverhalten langfaserverstärkter Thermoplaste

An faserverstärktem Polypropylen wurden Crashuntersuchungen unter der Verwendung von Feldmesssystemen zur Verformungs- und Temperaturmessung durchgeführt. Dehnratenabhängige Schädigungsmechanismen in der Faser-Matrix-Grenzschicht wurden identifiziert. Hierfür dienten die Feldmessdaten, die korreliert und analysiert wurden. Die entwickelten Methoden zur Hochgeschwindigkeitsinfrarotmessung und dem Felddatenhandling stehen nun für vielfältige werkstoffmechanischen Untersuchungen zur Verfügung.

Langglasfaserverstärktes Polypropylen (LFT) wird zunehmend für crashrelevante Bauteile, zum Beispiel in PKW, eingesetzt. Dehnratenabhängige Werkstoffcharakterisierungen des LFT zeigen eine höhere Bruchdehnung, wenn die Belastungsgeschwindigkeiten ansteigen. Übliche Dehnrateneffekte sind geringe Bruchdehnungen bei steigenden Geschwindigkeiten, so auch beim unverstärkten Polypropylen. Den Polymerketten des PPs fehlt bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten die Zeit aneinander abzugleiten. Eine Verstreckung der Ketten, wie bei niedrigen Geschwindigkeiten, findet bei kurzzeitiger Belastung nicht statt. Dadurch sinkt die Verformbarkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde aufgeklärt, warum LFT den gegenteiligen Effekt zeigt und bei höheren Dehnraten mehr Energie absorbieren kann. Außerdem wurde der Zusammenhang der Temperaturentwicklung im LFT und dem beschriebenen Dehnrateneffekt untersucht. Basis der Erkenntnisse war die Methodenentwicklung der Feldkorrelation und der Hochgeschwindigkeitsinfrarotmessung (IR). Für die IR-Messung wurde eine Kalibriermethode eingeführt. Für die Datenanalyse der Verformungs- und Temperaturfelder wurde eine Feldkorrelationsmethode entwickelt die die Daten in Zeit und Raum korreliert. Die korrelierten Datensätze wurden mit speziell entwickelten Analysetools ausgewertet.