Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

Untersuchung der Haftfestigkeit von thermischen Formgedächtnislegierungen im duroplastischen Kunststoffverbund

 
: Gnandt, David-Günther
: Senf, Björn

Dresden, 2018, 177 S.
Dresden, TU, Dipl.-Arb., 2018
Deutsch
Diplomarbeit
Fraunhofer IWU ()

Abstract
In der vorliegenden Arbeit wurde die Grenzfläche zwischen verschiedenen Formgedächtnisdrähten bestehend aus einer Nickel-Titan-Legierung (NiTi-Draht) und einer duroplastischen Kunststoffmatrix aus Epoxidharz untersucht. Um dieses Vorhaben umzusetzen, wurde eine eigene Methodik zur Probenherstellung entwickelt und Drahtauszugsversuche durchgeführt. Auf Basis eines Versuchsplanes mit mehreren Eingangsparametern wurde die Verbundfestigkeit des Draht-Epoxid-Verbundes, charakteristische Merkmale des experimentellen Kraft-Weg-Verlaufes und die maximale Dehnung des Drahtes bis zum Grenzschichtversagen ermittelt. Dabei wurden unterschiedliche Drahteigenschaften (pseudoelastisch, pseudoplastisch), Drahtdurchmesser, Vordehnungsstufen und verschiedene Drahtoberflächen untersucht. Die Bestimmung der Verbundfestigkeit erfolgte durch einen analytischen Ansatz mit der Annahme einer nicht-linearen Spannungsverteilung entlang der Draht-Epoxid-Grenzschicht (Greszczuk-Modell). Zusätzlich erfolgte die Bestimmung der Verbundfestigkeit mit einem Ansatz auf Basis einer homogenen Spannungsverteilung. Vergleicht man beide Ansätze miteinander kommt es zu enormen Unterschieden bei den absoluten Werten für die Verbundfestigkeit. In Hinblick auf eine sensorische Anwendung mit pseudoelastischen NiTi-Drähten innerhalb einer Epoxidharzmatrix ist für die bestmögliche Funktion auf eine Vordehnung des Drahtes innerhalb des Verbundes zu achten. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass eine aufgebrachte Vordehnung bis 2 % keinen Einfluss auf die Verbundfestigkeit oder die maximal erreichbare Dehnung des Drahtes bis zum Grenzschichtversagen hat. Die Beschichtung der Drähte mit Parylene bewirkte eine Erhöhung der Haftfestigkeit und es kam zu einer oszillierenden Kraftreaktion während des Drahtauszugs. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen, dass bei den pseudoelastischen NiTi-Drähten mit oxidierter Oberfläche die Ablöselast mit der benötigten Last für die martensitische Phasentransformation korreliert. Die Ablösung der Draht-Epoxid-Grenzschicht findet erst statt, sobald die martensitische Phasentransformation abgeschlossen und der pseudoelastische Dehnbereich, bezogen auf die eingebettete Drahtlänge, ausgereizt ist. Auf Basis einer experimentellen Stichprobe wurde ein Simulationsmodell des Drahtauszugsversuches mit Hilfe der Software ANSYS 18.1 entwickelt. Die Draht-Epoxid-Grenzschicht wurde mit Hilfe eines Kohäsivzonenmodells (CZM-Modell) realisiert. Der Kraft-Weg-Verlauf aus der numerischen Betrachtung zeigte eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Die Spannungsverteilung entlang der Draht-Epoxid-Grenzfläche konnte dargestellt werden. Diese untermauert die Hypothese einer nicht-linearen Spannungsverteilung entlang der Draht-Epoxid-Grenzfläche. Die Haftfestigkeit konnte für die verwendeten Drähte bestimmt werden. Die Versuchsdurchführung war erfolgreich und es konnten wichtige Erkenntnisse über die Draht-Epoxid-Grenzschicht gewonnen werden. Mit Ausblick auf die Realisierung einer sensorische Anwendung mit integrierten NiTi-Drähten innerhalb einer Polymermatrix, gilt es nun diese Erkenntnisse in die weitere Entwicklung zu übertragen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-506811.html