A5 Thermische Mikrorisse aufgrund einer WAK-Fehlausrichtung

Thema

Während der Abkühlphase nach der Aushärtung dieses Laminats führt die bereits in einem anderen Modell dieser Anordnung ermittelte Diskrepanz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Faser und dem der Matrix – welches die effektiven thermischen Eigenschaften und die Anisotropie dieses Koeffizienten beschreibt – zu einer Eigenspannung in der Matrix. Beim Absinken der Temperatur von der Aushärtungstemperatur auf Umgebungstemperatur ziehen sich Faser und Matrix jeweils unterschiedlich schnell zusammen. Da sie jedoch miteinander verbunden sind, wird die stärkere Kontraktion durch die schwächere behindert. Diese Diskrepanz der Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirkt, dass durch diese gegenseitige Behinderung eine Eigenspannung in der Matrix entsteht, die nicht auftreten würde, wenn sich beide Materialien gleich schnell zusammenziehen würden.

Diese Eigenspannung in der Matrix führt insbesondere in den Querschichten des Laminats zu einer bestimmten Dichte an Mikrorissen. In diesen Querschichten sind die Fasern so ausgerichtet, dass sie die Matrix nicht mehr in Richtung der Eigenspannung verstärken. Daher absorbiert die Matrix ohne diese Verstärkung die Spannung direkt. Höhere Eigenspannungen in der Matrix führen zu einer höheren Dichte an Mikrorissen in diesen Querschichten; niedrigere Eigenspannungen hingegen zu einer geringeren Dichte.

Dieselbe Eigenspannung erzeugt nicht nur diese Mikrorissdichte, sondern erfüllt auch das Kriterium für die Mikrorissinitiierung genau in dem Moment, in dem sie einen bestimmten Schwellenwert überschreitet: Überschreitet die Eigenspannung in der Matrix diesen Schwellenwert, entsteht ein lokaler Mikroriss; bleibt die Eigenspannung unterhalb dieses Schwellenwerts, entstehen in der Matrix keine neuen Mikrorisse, obwohl sich Eigenspannungen angesammelt haben.

Daher hängt dieses Modell, das ursprünglich mit der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Faser und Matrix entwickelt wurde, direkt von einem anderen Modell innerhalb dieser Gruppe ab, das die effektiven thermischen Eigenschaften und die Anisotropie dieses Koeffizienten beschreibt. Die Tatsache, dass diese von dem anderen Modell übernommene Diskrepanz beim Abkühlen nach der Aushärtung auftritt, führt zur Entstehung von Eigenspannungen in der Matrix. Diese Eigenspannungen bestimmen wiederum die Dichte der Mikrorisse in den Querschichten des Laminats und ob das Kriterium für die Entstehung eines neuen Mikrorisses erfüllt ist oder nicht.

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