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Einleitung
Bei der Detektion von Mikrorissen und der Charakterisierung spezifischer Schädigungen von Polymer- und Kompositwerkstoffen kommt es neben quantitativen Bewertungen auch auf die Analyse von orientierungsabhängigen Struktureffekten an. Am Beispiel typischer Vertreter ausgewählter Materialien (PP/PE, CFK) wird dargestellt, inwieweit das Potential der Röntgen-Refraktions-Topographie vorteilhaft zur umfassenden Materialcharakterisierung genutzt werden kann. Die korrosiven Eigenschaften nichtmetallischer Werkstoffe werden maßgeblich vom mikrostrukturellen Aufbau der verwendeten Materialien bestimmt. Typische Versagens-mechanismen von Faser-Kompositen sind neben der Faserenthaftung vor allem durch Mikrorisse gekennzeichnet, die sich teils parallel, teils senkrecht zu den Fasern in der Matrix ausbreiten. Eine wichtige Anwendung der Röntgen-Refraktions-Topographie umfaßt die orientierungsselektive Detektion von Mikroriß-Oberflächen. Die Nachweisgrenze derartiger Schädigungen erstreckt sich bis zum Nanometerbereich. Definiert herbeigeführte Ermüdungsschäden an Kompositmaterialien lassen sich mit dieser Methode ausgezeichnet erfassen und gestatten eine quantitative Korrelation zu mechanischen Kenngrößen. Mittels schrittweiser Probenabtastung und der ortskorrelierten Speicherung von simultan erfassten Refraktions- bzw. Absorptionszählraten wird ein zweidimensionales Röntgen-Refraktions-Topogramm rekonstruiert, das u.a. die präzise Information der integralen Rissdichte enthält.
A new approach is discussed for characterizing the damage state of FRP with the appearance of micro cracking and its influence on the residual strength. For the quantitative analysis of micro cracking, X-ray refraction topography was used. Fatigue treatment of carbon fibre reinforced plastics (CFRP) laminates were performed to create defined damage states. With regard to real loading conditions of CFRP, studies on tube samples were performed to investigate two dimensional (tensiontorsion) loads. A rheological material model was presented which described the increase of micro cracking in ±45° CFRP laminates with a continuum mechanical approach. The correlation between the results of the X-ray refraction topography, the damage parameter of the rheological model and the decrease of residual strength were shown. The inter fibre fracture surface of the investigated CFRP materials was determined with tensiontorsion loaded tube specimens of 90°-laminate and a layer-wise strength analysis was done. Micro cracking occurs even at 50% inter-fibre fracture loading and can lead to a distinct strength reduction. The intralaminar fatigue effect itself seems to be an indication for the damage accumulation and the load history.