Faserverbundwerkstoffe seit 1985

Mikro-Brüche & Bruchdehnung

Die Fes­tigkeit eines Lam­i­nates wird oft gle­ichge­set­zt mit der Höhe der Las­ten, die es erträgt, ohne zu brechen. Ist dieser Punkt – auch als Bruch­fes­tigkeits­gren­ze beze­ich­net – überschritten, ver­sagt das Harz schla­gar­tig auch und die Fasern brechen, meis­tens recht spek­takulär, kom­plett durch. In der Real­ität ist dieser Vor­gang des Ver­sagens ein­er Faserver­bund­struk­tur aber weitaus kom­plex­er, denn lange bevor die eigentliche Bruch­gren­ze erre­icht ist, begin­nt das Harz bere­its damit, unter Last nach und nach von den Fasern zu brechen. Davon sind zuerst diejeni­gen Fasern betrof­fen, deren Anord­nung im Lam­i­nat am stärk­sten von der Rich­tung der ein­geleit­eten Kraft abwe­icht. In diesem Fall muß das Harz sozusagen die Arbeit der Fasern mit­machen – und das kann es eben nur bis zu einem Punkt, der weit unter der Bruch­gren­ze des Lam­i­nates liegt. Obwohl das Lam­i­nat zu diesem Zeit­punkt noch völ­lig intakt erscheint, hat der Ver­fall bere­its lange einge­set­zt. Kon­struk­teure von tra­gen­den Faserver­bund­struk­turen sind daher stets bemüht, ihre Lam­i­nate so zu dimen­sion­ieren, dass Mikrobrüche im nor­malen Last­bere­ich nicht auftreten können.

Bruchdehnung

Der Grad der Dehnung, die ein Lam­i­nat ertra­gen kann, ohne dass erste Mikrobrüche auftreten, hängt im Wesentlichen von der Zähigkeit und der Kle­bkraft des ver­wen­de­ten Matrix-Sys­tems ab. Bei sprö­den Harzen, wie z.B. Poly­ester, treten die Mikrobrüche schon lange vor dem Ver­sagen des Lam­i­nates auf; in der Folge wird es mit jed­er weit­eren Belas­tung immer schwäch­er und seine Bruch­fes­tigkeit sinkt. Der Boot­seign­er sagt dazu: es wird „weich“. In Zahlen ausgedrückt begin­nen die Mikrobrüche nach neuesten Mes­sun­gen an Poly­ester­lam­i­nat­en mit Glas­rov­inggeweben bere­its bei ein­er Dehnung von nur 0,2 %, obwohl die the­o­retis­che Ver­sagens­gren­ze erst bei etwa 2 % erre­icht ist. Das ist gle­ichzuset­zen mit ein­er länger­fristig nutzbaren Fes­tigkeit des Lam­i­nates von nur 10 % sein­er Bruchfestigkeit!

Da die Bruch­gren­ze eines Lam­i­nates bei Zuglas­ten von der ver­wen­de­ten Fas­er abhängt, reduzieren die Mikrobrüche seine Zugfes­tigkeit zunächst nicht merk­lich. Kom­men aber Feuchtigkeit und wom­öglich noch Salze ins Spiel, nimmt so ein „weich­es“ Lam­i­nat zügig größere Men­gen Wass­er auf. Der Yachteign­er hat auch hier sein eigenes Vok­ab­u­lar: Der Rumpf „zieht“ Wass­er.…. bei ein­er 8,50 lan­gen Kiely­acht wur­den im Ver­gle­ich Herb­st (vollge­so­gen) und Frühjahr (in der geheizten Halle getrock­net) schon Gewicht­sun­ter­schiede von 30 kg gemessen – das sind 30 Liter Wasser!

Die Verbesserung der Haf­tung zwis­chen Fas­er und Harz durch Mod­i­fika­tion und Abstim­mung der Chemie von Harz und Faser­schlichte ist eine Möglichkeit, das Prob­lem der Mikrobrüche in den Griff zu bekom­men. Natürlich bietet auch hier die gute Adhä­sion des Epox­id­harzes eine bessere Basis als die ver­gle­ich­sweise schlecht­en Eigen­schaften von Poly­ester. Noch wichtiger ist die Zähigkeit des Harzes, also seine Tol­er­anz gegenüber las­tenin­duzierten Dehnun­gen; diese Eigen­schaft ist die Summe viel­er, einzel­ner Merk­male des Harzes und darum schw­er in Zahlen auszudrücken. Ein guter Ver­gle­ich­swert ist die Bruchdehnung des Harzes, die in Grafik 25 ver­gle­ichend dargestellt ist.

Druckbeanspruchung

Beratung

fon: +49 (0) 4621 95533
fax: +49 (0) 4621 95535
info@ctmat.com

Produktkatalog 2022

Broschüre Konstruktionsprofile