Quantitative Messung und Visualisierung von Faserorientierungs- und Faserlängenverteilung von Glas-, Kohle- und Zellulosefaserverstärkten Kunststoffen mittels µ-Röntgen-Computertomografie

Faserverstärkte Kunststoffe haben wegen ihrer spezifischen Eigenschaften und ihrer vielseitigen Verarbeitungs- und Anwendungsmöglichkeiten eine sehr große praktische Bedeutung erlangt. Für die Qualitätskontrolle dieser Materialien sind hochgenaue und robuste 3D-Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung wesentlich. Insbesondere ist es wichtig zu erfassen, wie die Fasern in realen Bauteilen verteilt sind und wie lange jede einzelne Faser im Bauteil tatsächlich ist. In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Materialsysteme (glas-, kohle- und zellulosefaserverstärkte Kunststoffe) mittels hochauflösender Kegelstrahl-Röntgencomputertomografie (XCT) mit Voxelgrößen zwischen 1 µm und 6 µm untersucht. Zur Analyse dieser XCT-Daten wurde ein Software-Tool mit einer Datenverarbeitungspipeline kombiniert, um einzelne Fasern zu extrahieren, diese entsprechend ihren spezifischen Eigenschaften zu klassifizieren, die Faserlängenverteilungen und Faserorientierungsverteilungen zu visualisieren und Faserregionen hervorzuheben. Die Anwendung dieser Techniken auf die unterschiedlichen Materialsysteme und ihren individuellen Eigenschaften, wie zum Beispiel einzelne gebogene Fasern im Falle des zellulosefaserverstärkten Kunststoffes oder aber Faserlagen des kohlefaserverstärkten Kunststoffes, liefern dabei vielversprechende Ergebniss