Reinforcement of elastomers to obtain anisotropic material properties

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Autoren

Abstract

Die Nachfrage hinsichtlich faserverstärkter Elastomere als neue Materialklasse mit einzigartigen Fähigkeiten, wird deutlich stärker. Durch den Einsatz von hyperelastischen Elastomeren als vielversprechendes Matrixmaterial und die gezielte Ausnutzung der Materialanisotropie ermöglichen diesen flexiblen Verbundwerkstoffen ausgeprägtes richtungsabhängiges Verhalten. Aufgrund der resultierenden Lastkopplungseffekte können durch die Realisierung maßgeschneiderter Eigenschaften, Zug-Torsion oder Biege-Torsion-Mechanismen kontrolliert ausgelöst werden. Stand der Technik hinsichtlich umfassender Materialcharakterisierung für faserverstärkte Elastomere und deren Lastkopplungseffekte zeigt, dass aktuelle Forschungsergebnisse für materialspezifische und geeignete Prüfkonzepte noch kaum untersucht sind. Ziel dieser Arbeit ist es, grundlegende Kenntnisse über das Materialverhalten, potenzielle Prüfmöglichkeiten und funktionale Lösungen bezüglich faserverstärkter Elastomere im Speziellen für potenzielle Smart-Composite-Anwendungen bereitzustellen. Dazu wird eine systematische Vereinfachung mittels Prüfkette von mikro- bis zur makromechanischen Charakterisierung erarbeitet. Zusätzlich wird ein entsprechendes Stufenprinzip mit nachvollziehbaren Übertragungskriterien implementiert. Aufgrund des maßgeblichen Einflusses der Faser-Matrix-Wechselwirkung auf die Performance im Verbund werden die Faser-Matrix-Adhäsion sowie die Grenzflächeneigenschaften mit Hilfe von Faser-Debond-Techniken untersucht. Zusätzlich wird der Einfluss gezielter Oberflächenbehandlungen auf die Adhäsion demonstriert. In Bezug auf die Materialcharakterisierung unter zyklischer Beanspruchung mittels dynamisch-mechanischer und stufenweiser Zyklusanalyse ist die Untersuchung des Energieaufnahmevermögens, der dynamischen Eigenschaften sowie des Kraftumlenkungsvermögens, welche zu einem last- und zeitabhängigen Verhalten führen, erforderlich. Des Weiteren ist die Betrachtung des Lastkopplungsmechanismus durch die Entwicklung und Verifizierung eines geeigneten werkstoffbezogenen Prüfkonzeptes essenziell. Anhand der Erkenntnisse basierend auf der entwickelten Prüfkette speziell für faserverstärkte Elastomere konnte die Notwendigkeit geeigneter Übertragungskriterien für eine systematische, schrittweise Vereinfachung und die Bedeutung einer präzisen Materialdatenauswertung, infolge der entscheidenden Auswirkungen auf die Faser-Matrix-Interaktion, aufgezeigt werden. Somit repräsentiert der Faserbündelauszugstest eine Zwischenstufe, welche ein Bindeglied zwischen mikro- und makromechanischer Prüfung darstellt und eine adäquate Analyse hinsichtlich des Faser-Matrix-Adhäsionsverhaltens ermöglicht. In Bezug auf die Charakterisierung der Zug-Torsion Lastkopplung bietet die Verifizierung des neuentwickelten Testkonzepts eine vielversprechende Grundlage zur Analyse von mechanisch ausgelösten Lastkopplungseffekten.

Details

Titel in ÜbersetzungGezielte Verstärkung von Elastomeren zur Erzielung anisotroper Materialeigenschaften
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Agnelli, Silvia, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Marano, Claudia, Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Pinter, Gerald Gerhard, Betreuer (intern)
  • Sarlin, Essi Linnea, Beurteiler A (extern), Externe Person
StatusVeröffentlicht - 2021