 | Arlt Ch. Wirkungsweisen nanoskaliger Böhmite in einem Polymer und seinem Kohlenstofffaserverbund unter Druckbelastung: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Braunschweig. - Köln: DLR, Bibliotheks- und Informationswesen, 2011. - xviii, 159 S.: Ill., graph. Darst. - (Forschungsbericht; 2011-10). - Bibliogr.: S.135-148. - ISSN 1434-8454
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Nomenklatur .................................................... IX
Abbildungen .................................................. XIII
Tabellen ..................................................... XVII
1 Einleitung ................................................... 1
2 Zielsetzung der Arbeit und Hypothesen ........................ 3
3 Matrixbezogenes versagen im Faserkunststoffverbund-
Mehrphasenwerkstoff .......................................... 5
3.1 Versagensmechanismus bei faserparalleler
Druckbelastung .......................................... 5
3.1.1 Konventionelle Einflussparameter ................. 8
3.1.2 Neue Einflüsse durch Nanopartikel und
deren Interphasen ............................... 12
3.2 Ausgewählte Untersuchungen zur Beschreibung des
Zähigkeitsverhaltens ................................... 13
3.3 Entscheidende Parameter im Hinblick auf die
Hypothesen ............................................. 17
4 Vom Nanopartikel zum Nanokomposit: Stand des Wissens und
der Technik ................................................. 18
4.1 Nanopartikel und deren Inkorporation in ein Duromer .... 18
4.1.1 Charakteristika der Nanopartikel ................ 18
4.1.2 Dispersionen und deren Fließverhalten ........... 20
4.2 Netzwerkbildung unter Nanopartikeleinfluss ............. 23
4.2.1 Die Chemie der Matrix ........................... 24
4.2.2 Phasen während der Härtung ...................... 25
4.2.3 Reaktionsbeschleuniger Nanopartikel? ............ 26
4.2.4 Kettenbeweglichkeit, Interphasen und der
Glasübergang .................................... 28
4.2.5 Schwindung und Eigenspannungen in
partikelverstärkten Duromeren ................... 31
4.3 Das "Drei-Phasen-Polymer": Ausgewählte mechanische
Eigenschaften und Bruchmechanik ........................ 35
4.3.1 Grundlegendes zum mechanischen Verhalten von
Epoxidharzen .................................... 35
4.3.2 Einflussfaktor Nanopartikel ..................... 36
4.3.3 Mechanische Kenngrößen in Nanokompositen ........ 38
4.3.4 Zähigkeit und zähigkeitssteigernde
Mechanismen ..................................... 39
4.3.5 Zusammenfassung ................................. 42
4.4 Fazit bezogen auf die Hypothesen ....................... 42
5 Struktur und Methodik der Arbeit ............................ 45
6 Inkorporation von Nanopartikeln in ein Epoxidharz ........... 52
6.1 Böhmit als Experimentierpartikel ....................... 52
6.1.1 Oberflächenmodifikation ......................... 53
6.1.2 Größen und Formen ............................... 54
6.1.3 Analyse der Böhmitpartikel ...................... 55
6.1.4 Oberflächenbedeckung und Zusammenfassung ........ 58
6.2 Eigenschaften der Dispersionen ......................... 59
6.2.1 Partikelgrößen und Verteilungen ................. 59
6.2.2 Rheologisches Verhalten und Wechselwirkungen .... 63
6.2.3 Viskositätsverhalten im Hinblick auf die
Injektionsfähigkeit ............................. 68
6.2.4 Bindung zwischen Nanopartikeln und Harz ......... 69
6.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und theoretische
Betrachtung der Grenzflächenstärke ..................... 72
7 Der Nanokomposit ............................................ 74
7.1 Grundlegende Eigenschaften der Nanokomposite und
Untersuchungen zur Netzwerkbildung ..................... 74
7.1.1 Partikelgehalte und Kompositdichten ............. 74
7.1.2 Reaktionsgeschwindigkeit ........................ 76
7.1.3 Interphasenbildung: Lokale Steifigkeiten und
Partikelabstände ................................ 80
7.1.4 Glasübergangstemperaturen, Aushärtegrad und
Dämpfungsverhalten .............................. 86
7.1.5 Schwindung und Wärmeausdehnung .................. 89
7.1.6 Zusammenfassung grundlegender
Matrixeigenschaften ............................. 93
7.2 Mechanik der Nanokomposite ............................. 94
7.2.1 Verhalten unter Zuglast ......................... 94
7.2.2 Verhalten unter Biegelast ....................... 97
7.2.3 Risszähigkeit und Energiefreisetzungsrate ...... 100
7.2.4 Zusammenfassung des mechanischen
Matrixverhaltens ............................... 103
8 Modell der Partikeleinbindung: Eine Zusammenfassung der
Nanokompositeigenschaften .................................. 105
9 Ausgewählte Eigenschaften des Mehrphasen-FKV ............... 109
9.1 Laminatgüte ........................................... 110
9.2 Faser-Matrix-Interphase ............................... 113
9.3 Faserparallele Druckfestigkeit ........................ 116
9.4 Druckfestigkeit nach Impactbelastung und
interlaminare Risszähigkeit ........................... 121
9.5 Verändertes Versagensverhalten im FKV:
Mechanismen und Diskussion ............................ 125
10 Zusammenfassung und Ausblick ............................... 130
Literatur ..................................................... 135
Anhang ........................................................ 149
A: Analyse der Partikel und Dispersionen ................... 149
B: Charakterisierung der Nanokomposite ..................... 150
C: Fertigung und Prüfung der nanopartikelverstärkten
FKV ..................................................... 153
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