2023-10-102023-10-10https://hdl.handle.net/11420/43651Eine unerwartete Besonderheit stellt bei Epoxidharzen die zunehmende Duktilität mit reduziertem Prüfvolumen dar. Dies wurde für unterschiedliche Epoxid-Harzsysteme in Form von mikroskopischen Fasern bereits nachgewiesen. Diese wiesen unter mechanische Last kein für das Material typisches sprödes Versagensverhalten auf, sondern ein duktiles Verhalten mit ausgeprägter Einschnürung. Die Duktilität bzw. die Bruchdehnung stieg bei den Untersuchungen mit abnehmendem Prüfvolumen an. Die reproduzierbare Herstellung von dünnen EP Filmen mit konstanter Dicke ist herausfordernd, erlaubt aber auf der anderen Seite die Untersuchung mittels Durchlichtinfrarotspektroskopie. Bei ersten mechanischen Untersuchungen von mikroskopischen Folien (d = 50 µm) aus Epoxidharz bildet diese unter Belastung Scherbänder aus und schnürten sich ebenfalls ein. Es gibt bisher keine vollständige Erklärung für diesen Effekt im Sinne der Plastizität. Aus diesem Grund werden die physikalischen, mechanochemischen und molekularen Mechanismen den damit verbundenen Spröd-Duktil-Übergang im Epoxidharz unter Last innerhalb dieses Projektes untersucht. Die Epoxidharzfolien mit reproduzierbaren, konstanten und einstellbaren Dicken werden ausgewählt, um Informationen über die molekularen Mechanismen, ihre Wechselwirkungen und das daraus resultierende makroskopischen mechanischen Verhalten zu erhalten. Mittels Infrarot Spektrometrie ist es möglich, durch spektrale Änderungen und Peak Verschiebung unter Last, Informationen über die inter- und intramolekularen Mechanismen zu erhalten, die während der in-situ mechanischen Prüfung wirken. Durch molekulardynamische Simulationen kann dann auf explizite molekulare Vibrationen bzw. Konfigurationen zurückgeschlossen werden. Dieser Dreiklang von Methoden, d.h. KI-geleitete Interpretation von IR-Spektren unter Verwendung idealisierter MD-Simulationsmodelle in Verbindung mit Experimenten an dünnen Epoxidfilmen, bietet die Möglichkeit, molekulare Prozesse der Plastizität in kleinen Volumen von Epoxiden zu verstehen. Die KI-geleiteten Simulationen, die auf hinreichend detaillierten ab initio-Berechnungen beruhen und auch anharmonische Effekte einschließen, sind der Schlüssel zur Erklärung von IR-Peakverschiebungen und allgemeineren Veränderungen in den Spektren, die auf spezifische molekulare Wechselwirkungen zurückgeführt werden können, und stellen somit eine Verbindung zu experimentell gewonnenen Spektren aus In-situ-Tests an dünnen Epoxidfilmen her. Mit diesem dazu gewonnenen Know-how wird es möglich, das Verhalten der Matrix in Zwischenphasen (Faserverbund), dünnen Beschichtungen und Klebstoffen grundlegender zu verstehen und Epoxid in neuen technischen Anwendungen einzusetzen. Aus materialwissenschaftlicher Sicht könnte die hier vorgeschlagene Forschung neue Einsichten in den strukturellen Entwurf zukünftiger Verbundwerkstoffe bringen.An unexpected feature of epoxy resins is the increasing ductility with reduced test volume. This has already been demonstrated for different epoxy resin systems in the form of microscopic fibres. Under mechanical load, these did not exhibit brittle failure behaviour typical of the material, but ductile behaviour with pronounced necking. The ductility and elongation at break increased with decreasing test volume. The reproducible production of thin EP films with constant thickness is challenging, but on the other hand it allows the investigation by transmitted light infrared spectroscopy. In the first mechanical investigations of microscopic films (d = 50 µm) made of epoxy resin, these films formed shear bands under load and also necked down. So far, there is no complete explanation for this effect in terms of plasticity. For this reason, the physical, mechanochemical and molecular mechanisms of the associated brittle-ductile transition in the epoxy resin under load are investigated within this project. Epoxy resin films with reproducible, constant and adjustable thicknesses are selected to obtain information about the molecular mechanisms, their interactions and the resulting macroscopic mechanical behaviour. Using infrared spectrometry, it is possible to obtain information about inter- and intramolecular mechanisms acting during in-situ mechanical testing by spectral changes and peak shift under load. Molecular dynamics simulations can then be used to infer explicit molecular vibrations or configurations. This triad of methods, i.e. AI-mediated interpretation of IR spectra using idealised MD simulation models in combination with experiments on thin epoxy films, offers the possibility to understand molecular processes of plasticity in small volumes of epoxies. The AI-mediated simulations, which are based on sufficiently detailed ab initio calculations and also include anharmonic effects, are key to explaining IR peak shifts and more general changes in the spectra that can be attributed to specific molecular interactions, thus providing a link to experimentally obtained spectra from in situ tests on thin epoxy films. With this know-how gained, it will be possible to understand more fundamentally the behaviour of the matrix in intermediate phases (fibre composites), thin coatings and adhesives and to use epoxy in new technical applications. From a materials science perspective, the research proposed here could provide new insights into the structural design of future composites.