„Alternative Materialcharakterisierung für Flachsfaserverbundwerkstoffe“

Wist, Arne Santino; Kim, Joohan; Gries, Thomas

doi:HT031218518

„Alternative Materialcharakterisierung für Flachsfaserverbundwerkstoffe“ = „Alternative material characterization for flax fiber reinforced polymers“

Wist, Arne Santino^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Arne Santino Wist

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Gries, Thomas (Thesis advisor)^RWTH* ; Kim, Joohan (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-07-11

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-06186
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1014627/files/1014627.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Textilmaschinenbau und Institut für Textiltechnik (419110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
fiber reinforcement (frei) ; flax (frei) ; material properties (frei) ; natural fibers (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Anwendung flachsfaserverstärkter Kunststoffe (FFVK) im lasttragenden Leichtbau wird durch die streuenden mechanischen Eigenschaften der Naturfaser eingeschränkt. Infolgedessen fehlen in aktuellen Datenbanken zuverlässige digitale Materialmodelle für FFVK, die für den Einsatz in simulationsgestützten Konstruktionsprozessen notwendig sind. Diese Arbeit entwickelt ein Modell zur Vorhersage des E-Moduls, Schubmoduls und Kompressionsmoduls für FFVK. Grundlage hierfür sind mechanische Faser-Ausziehversuche, optische Analysen von Kink-Bändern und die Geometrieanalyse der Faserquerschnitte. Das Modell wird in eine kombinierte Entwurfsrichtlinie integriert, die auf Leichtbau und Ressourceneffizienz ausgerichtet ist. Im Vergleich zu etablierten Methoden mit pauschalen Sicherheitsfaktoren oder regelmäßig wiederholter vollständiger Charakterisierung ermöglicht das Modell den ökonomischen Aufbau einer zuverlässigen Materialdatenbank für den Konstruktionsprozess mit verbesserter Materialeffizienz unabhängig vom Produktionsvolumen.

The application of flax fiber reinforced polymers in load bearing lightweight construction is limited by the fibers inherit mechanical property variability. Subsequently, current databases and derived digital material models lack reliable data for flax fiber reinforced polymers (FFRP), hindering its use in computer aided design software. This research develops a prediction model based on preliminary mechanical fiber pull-out tests and optical tests such as kink band occurrences and fiber cross-section analysis to estimate Young’s, shear and compression modulus of the FFRP. Implemented in a combined design guideline aiming for lightweight and material sustainability the prediction model improves cost and material efficiency and enables building a material database. Compared to traditional approaches like non-testing and applying a safety factor to account for the variability or repeated full material characterization the prediction model achieves a better performance to price ratio from small to large production volumes.

OpenAccess:
PDF
(additional files)