Einfluss von Tieftemperatur und Wasserstoff auf das Versagensverhalten von Glasfaser-Verbundwerkstoffen unter statischer und zyklischer Belastung

Ziel der Arbeit war es, das Versagensverhalten von glasfaserverstärktem Kunststoff (GF/EP) bei Raum- und Tieftemperatur durch geeignete Experimente zu beschreiben.
Das Versagensverhalten von GF/EP ist bei Raumtemperatur RT von der Spannungrisskorrosion beeinflusst. Bei 77 K, wo diese Prozesse eingefroren sind, liegt die Bruchspannung von unidirektionalem (UD) GF/EP 50 % über der bei RT. Nach dem quasistatischen Zugversuch ist der Probenkörper regelrecht zerpinselt, was auf die enorm hohe Bruchdehnung zurückzuführen ist.
Aus den Versuchen an Kreuzverbunden geht hervor, dass sich das Material bei 77 K nahezu linear-elastisch bis zum Bruch verhält. ... mehrBei Raumtemperatur jedoch dominiert das viskoelastische Verhalten der Kunststoffmatrix.
Allgemein degradieren UD- und Kreuzverbunde im Schwingversuch sehr stark.
Der Einfluss von Wasserstoff auf GF/EP UD hat sich nur in den Ermüdungsversuchen gezeigt. Nach einer dreimonatigen Einlagerung der Proben in gasförmigem Wasserstoff bei 80 °C hat sich im anschließenden Schwingversuch bei 77 K eine Erhöhung der Dauerfestigkeit um 30 % im Vergleich zu nicht eingelagerten Proben ergeben.

The influence of low temperature and hydrogen on the failure modes of fiberglass composite material under steady-state and cyclic loads
This study was conducted to describe the failure modes of fiberglass-reinforced polymers at room temperature and low temperatures by means of appropriate experiments.
The failure modes of fiberglass-reinforced polymers at room temperature are influenced by stress corrosion cracking. At 77 K, when these processes are frozen, the fracture stress of unidirectional fiberglass-reinforced polymer is 50 % higher than it is at room temperature. ... mehrAfter a quasi steady-state tensile test the specimen is nearly fragmented as a result of the immense elongation at fracture.
Experiments on composites wound crosswise indicate that the material, at 77 K, behaves nearly linearly elastic up to the point of fracture. At room temperature, however, visco-elastic behavior of the polymer matrix dominates.
In general, unidirectional and cross-wound composites are degraded strongly in a vibration test.
The influence of hydrogen on unidirectional fiberglass-reinforced polymer became apparent only in fatigue tests. After three months of storage of the samples in gaseous hydrogen at 80 °C, the subsequent vibration test at 77 K showed an increase by 30 % in fatigue strength compared to samples not stored in this way.