Verbundfestigkeit

Verbundfestigkeit bezeichnet die Widerstandsfähigkeit eines Verbundsystems gegen Trennprozesse unter mechanischer Belastung. In Faserverbundwerkstoffen bezieht sich der Begriff häufig auf die Haftung zwischen Matrix und Verstärkung oder auf die Festigkeit von Klebe- oder Schichtverbindungen innerhalb eines Laminats. Sie beschreibt die Fähigkeit des Systems, Lasten zu tragen, ohne dass Delaminationen, Trennungen der Schichten oder Versagen an Grenzflächen auftreten. Die Verbindungsfestigkeit setzt sich aus adhäsiver Festigkeit an der Grenzfläche, kohäsiver Festigkeit innerhalb der beteiligten Phasen sowie der Geometrie und dem Faser-Matrix-Verhältnis zusammen.

Die Bestimmung der Verbundfestigkeit erfolgt primär durch spezialisierte Prüfungen. Typische Methoden umfassen Zug- bzw. Abziehtests an Klebeverbindungen (pull-off), Mikrobond-Tests zur Grenzfläche, sowie delaminationsbezogene Tests wie der Doppel-Kantentest (DCB) zur Ermittlung der interlaminarfracture toughness. Dabei wird zwischen Modus-I- und Modus-II-Belastungen unterschieden, also Öffnungs- bzw. Schubbelastungen der Grenzfläche. Die Auswertung liefert Kennwerte wie Haft- oder Klebefestigkeit sowie Bruchmechanik-Indizes, aus denen sich das Versagensverhalten ableiten lässt.

Faktoren, die die Verbundfestigkeit beeinflussen, umfassen Oberflächenvorbereitung, Art und Zustand von Matrix und Faser, Klebstoffe und ihre Aushärtung, Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse, Alterung sowie Lastenart, Geschwindigkeit und Zyklusbelastungen. Ebenso spielen Faserarchitektur, Schichtdicken und Laminat-Topologie eine Rolle.

In der Praxis dient die Verbundfestigkeit der Auslegung und Qualitätssicherung von Verbundstrukturen, der Fehleranalyse nach Bauteilversagen und der Einschätzung der Lebensdauer unter wechselnden Umwelt- und Lastbedingungen.