Experimentelle und numerische Qualifizierung von Morphologie-Eigenschafts-Korrelationen mit Hilfe der Methode der Essential-Work-of-Fracture (EWF) am Beispiel von Polymerblends

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Bonten; Professor Dr. Siegfried Schmauder
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322212489

Methoden zur Bewertung der bruchmechanischen Eigenschaften wie das J-Integral, das Crack-Tip-Opening-Displacement (CTOD), die Energiefreisetzungsrate G und die sogenannte Essential-Work-of-Fracture (EWF) liefern zwar keine direkten Dimensionierungskennwerte für die Konstruktion wie die quasistatische Zugprüfung, gelten aber als weit genauer in der lokalen Bewertung des Versagens und bieten bessere Optimiermöglichkeiten. Deren Messergebnisse sind ebenfalls quantitativ erfassbar, können jedoch nur vergleichend zwischen verschieden modifizierten, sonst gleichen Werkstoffen eingesetzt werden. Durch Variation der Modifikation bzw. Morphologie kann der Werkstoff dann optimiert werden.Aus Sicht der Antragsteller hat sich insbesondere die Methode der Essential-Work-of-Fracture im Vergleich zu den anderen genannten bruchmechanischen Untersuchungsmethoden als in der Praxis einfach anwendbar gezeigt und kann sowohl für Blends, partikel- und faserverstärkte als auch unmodifizierte Kunststoffe eingesetzt werden. Die Simulation der mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen auf atomarer Skala ist noch nicht in der Lage, Dimensionierungskennwerte für die Konstruktion wie der quasistatische Zugversuch zu liefern, ist aber auf lokaler Ebene bereits sehr genau. Die Antragsteller vermuten, diese könnte geeignet sein, die Essential-Work-of-Fracture vorherzusagen. In den hier projektierten Forschungsarbeiten soll zunächst der Einfluss verschiedener Werkstoffmodifikationen auf die Essential-Work-of-Fracture an einem praxisnahen polymeren Werkstoff ermittelt werden. Zugleich sollen erstmals die Werkstoffmodifikationen und der Prüfablauf mittels molekulardynamischer Simulation nachgestellt und zugleich vorhersagbar gemacht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: 3D Bildkorrelationsverfahren
• Gerätegruppe: 7430 Analytische Bildauswertesysteme