Surface modification of carbon fibers : improvement of the dissipative properties of carbon fiber reinforced plastics

Diese Arbeit entwickelte sich aus einer technischen Fragestellung: Ist es möglich, ein CFK-Bauteil zu entwickeln, das in seinem Reibungsverhalten optimiert ist und dabei sein hervorragendes Verhältnis von Dichte zu Festigkeit beibehält? Obwohl CFK-Verbindungen bemerkenswerte mechanische Eigenschaften aufweisen, führt ihr Verformungsverhalten zu Problemen; einschließlich der Bildung von inneren Spannungen und der Absorption spröder Stöße. Dies wird durch die eng gebundene Konstruktion von Verbundwerkstoffen in Kombination mit dem geringen Dehnungsvermögen von Kohlenstofffasern verursacht, was es auch schwierig macht, Formungsprozesse wie Komprimieren und Biegen durchzuführen. Die vorliegende Studie zeigt einen neuen Ansatz in Bezug auf dieses Thema, der sich auf die Energiedissipationsfähigkeit von CFK-Verbundwerkstoffen konzentriert. Eine Elastizitätsmoduloptimierung durch Faser-Kunststoff-Phasenmodifikation wurde durchgeführt. Die Modifikation der Faser-Kunststoff-Grenzfläche ermöglicht die Erzeugung einer Zwischenphase mit verbesserter Energiedissipation, duktilem Versagensverhalten, elastomeren Charakter, verbessertem plastischem Verformungsverhalten und geringer Reibung. Dieser Ansatz verspricht eine Verringerung der inneren Spannung, eine verbesserte Stoßdämpfung und eine geringere Defektbildung während der Herstellung und Verarbeitung.This study developed from a technical issue: Is it possible to develop a CFRP component, which is optimized in its frictional behavior, while it keeps its excellent density to strength ratio? Although CFRP compounds have remarkable mechanical properties, their deformation behavior leads to problems; including the formation of internal stress and brittle shock absorption. This is caused by the tightly bound construction of composites in combination with the low elongation ability of carbon fibers, which also makes it difficult to perform forming processes, like compression and bending. The present study shows a new approach regarding this topic, which focuses on the energy dissipation ability of CFRP composites. An elastic modulus optimization through fiber-plastic interphase modification was performed. The modification of the fiber-plastic interface allows the creation of an interphase with improved energy dissipation, ductile-like failure behavior, elastomeric character, enhanced plastic deformation behavior and low friction. This approach promises a reduction in internal stress, enhanced shock absorption and lower defect formation during manufacturing and processing.von Anna Becker-Staines [Erstgutachter: Prof. Dr. Wolfgang Bremser, Zweitgutachter: Prof. Dr. Thomas Tröster]Tag der Verteidigung: 14.02.2020Universität Paderborn, Dissertation, 202