TY - CONF A1 - Trappe, Volker A1 - Sachs, Patrick T1 - Dynamic mechanical analysis of epoxy-matrix cross linking measured in-situ using an elastomer container N2 - A new patented dynamic mechanical analysis (DMA) is presented, where the tensile, bending- or torsional stiffness of a media can be characterized in-situ during the phase transition from liquid to solid. An epoxy system, e.g. Hexion L285/H287, is filled into an elastomer container, such as a silicone tube. This can be mounted into a conventional DMA and, based on a linear viscoelastic approach, the storage modulus (E’;G’), the loss modulus (E’’;G’’) and the loss angle tan(delta) can be measured at constant temperature as a function of time in order to investigate the liquid to sol-gel to solid transition. With this new method, the stiffness increase as a result of the cure process can be directly measured more precisely than with a rheometer in a shear plate set-up, because using an elastomer container gives a defined cross section for calculating the Young’s modulus. T2 - 20th European Conference on Composite Materials, ECCM20 CY - Lausanne, Switzerland DA - 26.06.2022 KW - Dynamic mechanical analysis (DMA) KW - Thermoset polymers KW - Cure process KW - Cross linking PY - 2022 AN - OPUS4-55213 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Thuy, Maximilian A1 - Pedragosa-Rincon, M. A1 - Niebergall, Ute A1 - Oehler, H. A1 - Alig, I. A1 - Böhning, Martin T1 - Environmental Stress Cracking of High-Density Polyethylene Applying Linear Elastic Fracture Mechanics JF - Polymers N2 - The crack propagation rate of environmental stress cracking was studied on high-density polyethylene compact tension specimens under static loading. Selected environmental liquids are distilled water, 2 wt% aqueous Arkopal N100 solution, and two model liquid mixtures, one based on solvents and one on detergents, representing stress cracking test liquids for commercial crop protection products. The different surface tensions and solubilities, which affect the energetic facilitation of void nucleation and craze development, are studied. Crack growth in surface-active media is strongly accelerated as the solvents induce plasticization, followed by strong blunting significantly retarding both crack initiation and crack propagation. The crack propagation rate for static load as a function of the stress intensity factor within all environments is found to follow the Paris–Erdogan law. Scanning electron micrographs of the fracture surface highlight more pronounced structures with both extensive degrees of plasticization and reduced crack propagation rate, addressing the distinct creep behavior of fibrils. Additionally, the limitations of linear elastic fracture mechanisms for visco-elastic polymers exposed to environmental liquids are discussed. KW - Crack propagation KW - Environmental stress cracking KW - Fracture toughness KW - Crop protection products KW - High-density polyethylene KW - Craze–crack mechanism KW - Linear elastic fracture mechanics KW - Stress intensity factor PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-550476 DO - https://doi.org/10.3390/polym14122415 SN - 2073-4360 VL - 14 IS - 12 SP - 1 EP - 21 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-55047 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lamoriniere, S. A1 - Mitchell, P. J. A1 - Ho, K. A1 - Kalinka, Gerhard A1 - Shaffer, M. S. P. A1 - Bismarck, A. T1 - Carbon nanotube enhanced carbon Fibre-Poly(ether ether ketone) interfaces in model hierarchical composites JF - Composites Science and Technology N2 - Poly (ether ether ketone) (PEEK) has a high continuous service temperature, excellent mechanical properties, and good solvent and abrasion resistance, which can be further improved through the addition of carbon nanotubes (CNTs). CNT-PEEK nanocomposites are promising matrices for continuous carbon fibre composites; powder processing can mitigate the high melt viscosities in these systems. In this study, model single fibre (hierarchical) composites were produced by embedding sized and desized carbon fibres in nanocomposite CNTPEEK powders followed by single fibre pull-out tests to assess interfacial characteristics. Carbon fibre-PEEK interfacial shear strength is typically 40–45 MPa. Increasing CNT loadings increased fibre-matrix interfacial shear strength linearly up to ~70 MPa at 5.0 wt%, which was attributed to the CNT-based mechanical modification of the PEEK matrix. Apparent interfacial shear strength was inversely correlated with the embedded fibre length irrespective of carbon fibre sizing or CNT loading, indicating brittle fracture of the fibre-matrix interface. Pulled out carbon fibres were still coated with the matrix, which indicated strong adhesion at the interface in all samples, likely related to a transcrystalline region. Adhesion was, however, negatively affected by the presence of epoxy sizings. Frictional shear strength was independent of embedded fibre length and CNT content for all samples. KW - Keywords: Poly(ether ether ketone) KW - Carbon fibres KW - Carbon nanotubes KW - Interfacial strength KW - Debonding PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-550052 DO - https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109327 SN - 0266-3538 VL - 221 SP - 1 EP - 8 PB - Elsevier Ltd. CY - Niederlande AN - OPUS4-55005 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Guerra, E. S. S. A1 - Silva, B. L. A1 - Melo, J. D. D. A1 - Kalinka, Gerhard A1 - Barbosa, A. P. C. T1 - Microscale evaluation of epoxy matrix composites containing thermoplastic healing agent JF - Composites Science and Technology N2 - Among the strategies to produce healable thermosetting systems is their modification by the addition of thermoplastic particles. This work investigates the influence of poly(ethylene-co-methacrylic acid) (EMAA) on fibermatrix interfacial properties of a glass fiber reinforced epoxy matrix composite. Epoxy-EMAA interactions were evaluated using differential scanning calorimetry (DSC) and infrared spectroscopy. The effects of EMAA on the epoxy network formation were evidenced by changes in glass transition temperature, cure kinetics and alteration of chemical groups during cure. Interfacial shear strength (IFSS) measurements obtained by single fiber pull-out tests indicate similar interfacial properties for pure and EMAA modified epoxy. Additionally, the potential for self-healing ability of an EMAA modified epoxy was demonstrated. However, IFSS after a healing cycle for the EMAA modified epoxy was lower as compared to the pure epoxy, because of the lower fiber-EMAA interfacial shear strength. So, thermoplastic healing agents has not only to fill cracks in the matrix material, but also have to be optimized regarding its interface properties to the reinforcing fibers. KW - Interfacial strength KW - Fiber/matrix bond KW - Self-healing KW - Polymer-matrix composites (PMC) PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109843 SN - 0266-3538 VL - 232 SP - 1 EP - 9 PB - Elsevier Ltd. CY - Niederlande AN - OPUS4-56379 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Alig, I. A1 - Oehler, H. A1 - Brauch, Niels A1 - Thuy, Maximilian A1 - Niebergall, Ute A1 - Böhning, Martin T1 - Charakterisierung von Behälterwerkstoffen aus Polyethylen N2 - Das langsame Risswachstum (slow crack growth, SCG) sowie der umgebungsbedingte Spannungsriss (environmental stress cracking, ESC) sind relevante Schädigungsmechanismen für teilkristalline Werkstoffe auf Basis von Polyethylen hoher Dichte (PE-HD). Der Vortrag gibt einerseits einen Überblick über die grundlegenden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in diesem Kontext, andererseits werden auch verschiedene praxisorientierte Prüfverfahren vorgestellt. Letztere wurden in gemeinsamen Forschungsprojekten von BAM und LBF mit dem Schwerpunkt Gefahrgutbehälter bzw. Pflanzenschutzmittel vergleichend untersucht und durch weitergehende Analytik ergänzt. T2 - 16. Tagung des Arbeitskreises Polymeranalytik Webkonferenz, Fraunhofer LBF und FGK CY - Online meeting DA - 22.03.2022 KW - Polyethylen KW - Full Notch Creep Test KW - Environmental Stress Cracking KW - Spannungsriss PY - 2022 AN - OPUS4-54547 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Nielow, Dustin T1 - Einfluss fertigungsbedingter Imperfektionen auf die Schwingfestigkeit von FKV-Schalenstrukturen in Sandwichbauweise T2 - BAM-Dissertationsreihe N2 - Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) weisen häufig nach wenigen Jahren, lange vor dem Erreichen der prognostizierten Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren Risse in der Blattschale auf. Die Folge sind aufwendige Reparaturen am installierten und schwer zugänglichen Rotorblatt und der kostenintensive Nutzungsausfall durch den Stillstand der WEA. Als mögliche Initiatoren für die Schäden in der Blattschale der Rotorblätter gelten fertigungsbedingte Imperfektionen. Für die Untersuchung des Einflusses dieser Imperfektionen auf das Ermüdungsverhalten der Rotorblätter wurde an der BAM (Bundesanstalt für Mate-rialforschung und -prüfung) ein Prüfstand für statische und zyklische Versuche von Schalensegmenten im intermediate scale entwickelt und betrieben. Die untersuchten Schalensegmente in Sandwichbauweise sind der Rotorblattschale von WEA im Hinblick auf die Strukturmechanik, die eingesetzten Halbzeuge, den Laminataufbau und dem eingesetzten Fertigungsverfahren ähnlich. Als Imperfektionen wurden verschiedenen Variationen von Lagenstößen in die Hautlagen und Schaumstöße mit Breitenvariation in den Stützkern reproduzierbar eingebracht. Die Überwachung des Schädigungszustandes während der Schwingversuche unter realistischen Lastszenarien erfolgt über eine kombinierte in situ Schädigungsüberwachung mittels passiver Thermografie und Felddehnungsmessung. Mit den durchgeführten Schwingversuchen und der begleitenden Überwachung des Schädigungszustandes ließen sich die Schadensinitiation und die signifikante Herabsetzung der Lebensdauer durch die eingebrachten Imperfektionen zweifelsfrei nachweisen und entsprechende Konstruktionshinweise für die betriebssichere Auslegung von Sandwichstrukturen ableiten. N2 - Wind turbines often exhibit cracks in the blade shells after only a few years in service, significantly before their expected 20 to 30 year design lifespan. This leads to complicated repairs on difficult to reach rotor blades, and can cause a cost-intensive standstill of the turbine. A possible source of these defects in the rotor blade shells are the imperfections which occur during production. In order to investigate the effect of these imperfections on the fatigue behavior of rotor blades, a test rig was developed at the BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) upon which intermediate scale static and cyclic-fatigue testing could be performed. The complementary sandwich shell specimens developed and investigated with the test rig are representative of the outer shell of wind turbine rotor blades in terms of materials and manufacturing processes, as well as structural mechanics. The specimens were built with reproducible imperfections, including laminate overlaps in the face sheets and gaps of varying size in the foam core. The damage condition was monitored during cyclic-fatigue testing under realistic load cases using a combination of in-situ passive thermography and strain field measurement. The cyclic testing and parallel non-destructive structural health monitoring of the shell specimens showed the imperfections to significantly influence the damage initiation and decrease the component service life. The results can be used accordingly as recommendations for operationally more reliable design of sandwich structures. T3 - BAM Dissertationsreihe - 170 KW - Erneuerbare Energien KW - Windenergie KW - Verbundwerkstoffe KW - Betriebsfestigkeit KW - Komponentenprüfung KW - Renewable ernergy KW - Wind energy KW - Intermediate scale KW - Composites KW - Fatigue PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-546701 SN - 1613-4249 VL - 170 SP - 1 EP - 178 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-54670 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kalinka, Gerhard T1 - Optische Beobachtungen der Faser-Matrix-Trennung im Pull-out-Versuch N2 - Der Vortrag behandelt Rissentstehung und Ausbreitung an Faser-Matrix-Interfaces, untersucht mit dem optischen Mikroskop. T2 - Composites United, CU-Arbeitsgruppe/n Faser-Matrix-Haftung & Matrices CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Faser KW - Matrix KW - Pull-out KW - Interface PY - 2021 AN - OPUS4-53968 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Current and future technological advancement in polymer matrix composites enabled through fundamental discoveries N2 - This presentation is a summary of the work from the past 20 years’ development of PMC-testing at the BAM-FB 5.3 with respect to safety-relevant design of advanced light weight structures in aircraft, wind turbine and automotive applications. The talk begins with wood as an example from nature, and emphasizes that load case, fiber architectural design and the production process and quality have to go hand in hand to generate an advanced light weight structure. Since PMC-relevant basic findings of mankind span across hundreds of years, high-performance composite applications today are based more on long term experiences than on breakthrough inventions of modern days. In the second part of the talk, future plans and projects of FB-5.3 are presented, specifically addressing H2-safety, circular economy, recycling by design and digitalization of PMC-technologies. T2 - Abteilungsseminar CY - Online meeting DA - 07.09.2021 KW - Polymer Matrix Composites KW - Thermo mechanical fatigue PY - 2021 AN - OPUS4-54150 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Beschreibung des Ermüdungsverhaltens von Endlos-Faserverstärkten-Kunststoff-Verbunden mit Hilfe mikromechanischer Modelle N2 - Im Rahmen des Vortrags werden die neusten Ergebnisse aus dem Fachbereich 5.3 zur Beschreibung des Ermüdungsverhaltens von FKV mittels Mikromechanischer-Modelle präsentiert. Explizit wird der theoretische Ansatz am Beispiel von GFK unter thermomechanischer Beanspruchung hergeleitet und an Hand von Versuchsergebnissen verifiziert. T2 - Webkonferenz Composites United, Composite Fatigue CY - Online meeting DA - 30.09.2021 KW - Faser-Kunststoff-Verbunde KW - thermomechanische Beanspruchung KW - Materialmodell PY - 2021 AN - OPUS4-54151 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Thuy, Maximilian A1 - Niebergall, Ute A1 - Böhning, Martin T1 - Umgebungsbedingter Spannungsriss: Gefahr für Kunststoffbauteile unter Medieneinfluss N2 - Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) ist ein weit verbreitetes Material für Transportbehälter, die oft für eine längere Nutzungsdauer vorgesehen sind. Insbesondere in diesem Fall können mikroskopische Schäden im Material auch weit unterhalb der Streckgrenze auftreten, die durch eine Spannungskonzentration verursacht werden, deren Ursprung in intrinsischen Materialfehlern oder äußeren Kratzern liegt. Mit fortschreitender Schädigung bilden sich Rissstrukturen, die von verstreckten Fibrillen aufgespannt werden, bis es zum Versagen dieser Fibrillen kommt und sich der Riss ausbreitet. Dieser Schadensmechanismus des langsamen Risswachstums kann durch eine Vielzahl von Umgebungsmedien beschleunigt werden und wird dann als "environmental stress cracking" (ESC) bezeichnet. Eine international normierte Methode zur Validierung der Spannungsrissbeständigkeit von PE-HD Materialien ist der „Full Notch Creep Test“ (FNCT). Anhand von Bruchflächenauswertungen mittels Rasterelektronenmikroskopie und Laser-Scanning-Mikroskopie, werden die typischen Schädigungsstrukturen des ESC sichtbar. Die fibrillierten Strukturen des ESC auf der Bruchfläche von PE-HD ergeben sich besonders bei oberflächenaktiven wässrigen Umgebungsmedien. In Lösungsmittel-Umgebungsmedien, im Zusammenspiel mit PE-HD, kommt es aufgrund der plastifizierenden Wirkung zur Herabsetzung der Streckspannung und Bruchflächen aus dem FNCT veranschaulichen keine signifikanten Anzeichen des Schädigungsmechanismus ESC. T2 - 47. VDI-Jahrestagung Schadensanalyse 2021- Mediale und klimatische Beanspruchung von polymeren Produkten CY - Würzburg, Germany DA - 06.10.2021 KW - Umgebungsbedingter Spannungsriss KW - Polyethylen hoher Dichte KW - Full Notch Creep Test KW - Lösungsmittel KW - Oberflächenaktive wässrige Medien KW - Bruchflächenauswertung PY - 2021 AN - OPUS4-53665 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -