Vergleichende Charakterisierung des quasistatischen und zyklischen Verformungsverhaltens von glasfaserverstaerktem Polyurethan und Epoxidharz

Comparative characterization of quasi-static and cyclic deformation behavior of glass fiber-reinforced polyurethane (GFR-PU) and epoxy (GFR-EP)

Glasfaserverstaerkte Kunststoffe (GFK) eignen sich besonders, um die gegenwaertigen Ziele in der Transportindustrie hinsichtlich Energie- und Ressourceneffizienz zu erreichen. In diesem Zusammenhang werden glasfaserverstaerkte Epoxidharzsysteme aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit bereits in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Epoxidharzsysteme (EP) weisen im Bereich Energieeffizienz und Schadenstoleranz jedoch schlechtere Eigenschaften als Polyurethan (PU) auf, weshalb PU derzeit in den Fokus wissenschaftlicher und industrieller Untersuchungen rueckt. Das Ziel dieser Arbeit ist die vergleichende Charakterisierung des quasistatischen und zyklischen Verformungsverhaltens von glasfaserverstaerktem Polyurethan und Epoxidharz mit identischem Lagenaufbau sowie Fasermaterial. Die mechanischen Eigenschaften wurden in instrumentierten Zugversuchen, sowie anhand der interlaminaren Scherfestigkeit und Druckfestigkeit nach Stossbelastung bestimmt. Um die temperaturspezifischen Eigenschaften gegenueberzustellen, sind die Untersuchungen bei verschiedenen Umgebungsbedingungen (−30 °C, RT, +70 °C) durchgefuehrt worden. Die zyklischen Untersuchungen dienten der Bestimmung der Ermuedungseigenschaften, die in ressourceneffizienten Mehrstufenversuchen abgeschaetzt und in Einstufenversuchen validiert wurden. Hysteresis- und Temperaturmessungen wurden angewandt, um den Schaedigungsverlauf zu detektieren. Anhand einer um 27 % reduzierten Delaminationsflaeche in Schlagzaehigkeits-Versuchen (Impact) konnte gezeigt werden, dass Polyurethan ueber eine erhoehte Schadenstoleranz verfuegt, waehrend Epoxidharz optimierte Eigenschaften bei erhoehter Temperatur aufweist. Zusaetzlich konnte ermittelt werden, dass sich Epoxidharz gegenueber Polyurethan durch eine signifikant verbesserte Ermuedungsfestigkeit auszeichnet, was durch Fehlstellen in der Polyurethanmatrix begruendet werden konnte. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Glass fiber-reinforced polymers (GFRP) are highly suitable for use in transportation industry in order to achieve the targets of energy and resource efficiency. In this context, due to its high specific strength, GFR-epoxy (GFR-EP) has already been implemented in a wide range of applications. However, in cases of energy efficiency and damage tolerance, GFR-EP shows disadvantages compared to GFR-polyurethane (GFR-PU). The aim of this study is the comparative characterization of the quasi-static and cyclic deformation behavior of GFR-PU and GFR-EP with similar layer setup. The mechanical properties have been investigated in instrumented tensile, interlaminar shear strength and compression after impact tests. In addition, the tests were combined with varying temperatures (−30 °C, RT, +70 °C) with respect to aerospace applications to determine the material property development under low and elevated temperatures. In cyclic investigations, the fatigue properties have been estimated by resource-efficient multiple step tests and validated in constant amplitude tests. Hysteresis and temperature measurements were applied in order to investigate the damage processes. It could be shown that polyurethane exhibits improved damage tolerance by significantly reducing delamination area under impact loading, whereas epoxy leads to optimized properties under elevated temperature. Furthermore, epoxy generally underlines higher capabilities under cyclic loading, which is due to void content of polyurethane. (A)

• Availability:
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• Authors:
  • Huelsbusch, D
  • Jamrozy, M
  • Frieling, G
  • Mueller, Y
  • Barandun, G A
  • Niedermeier, M
  • Walther, F
• Publication Date: 2017-2

Language

• German

Media Info

• Media Type: Print
• Features: Figures; References; Tables;
• Pagination: pp 109-17
• Serial:
  • Materialpruefung / Materials Testing
  • Volume: 59
  • Issue Number: 2
  • Publisher: Carl Hanser Verlag GmbH
  • ISSN: 0025-5300

Subject/Index Terms

• ITRD Terms: 5567: Belastung; 5925: Eigenschaft; 7468: Epoxidharz; 5579: Ermüdung (Mater); 4557: Faser; 7492: Faserverstärkter Kunststoff; 5544: Festigkeit; 4547: Glas; 7428: Polyurethan; 6722: Temperatur; 5595: Verformung; 6255: Versuch; 5588: Wiederholte Belastung
• Subject Areas: I35: VERSCHIEDENE BAUSTOFFE;

Filing Info

• Accession Number: 01640816
• Record Type: Publication
• Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
• Files: ITRD
• Created Date: Jul 10 2017 9:21AM