Mechanische Materialmodelle für polymergebundene Sprengstoffe

Mechanische Materialmodelle für polymergebundene Sprengstoffe

© Fraunhofer EMI
PBX-Probe für die Materialcharakterisierung.
© Fraunhofer EMI
Split-Hopkinson-Pressure-Bar-Anlage zur hochdynamischen Materialcharakterisierung.
© Fraunhofer EMI
Computertomografie von PBX.

Moderne Munitionen basieren in der Regel auf polymergebundenen Sprengstoffen (Polymer-Bonded Explosive, PBX). Dabei handelt es sich um heterogene Materialien, bei denen die eigentlichen reaktiven Bestandteile (wie Oktogen- oder Hexogenkristalle) in einer Polymermatrix eingebettet sind. Dieser Aufbau bestimmt die besonderen mechanischen Eigenschaften von PBX. Kristalle zeichnen sich durch hohe Steifigkeit und Sprödigkeit aus, während die Polymermatrix ein typisches viskoelastisches Verhalten aufweist. Daneben spielt die Haftung der Matrix an die Kristalle eine entscheidende Rolle für das mechanische Verhalten, aber auch für mögliche reaktive Umsetzungen bei dynamischen Belastungen.

Das Fraunhofer EMI erforscht, wie diese Phänomene bei der Materialbeschreibung von PBX berücksichtigt werden können. Aktuell werden Materialmodelle eingesetzt, die viskoelastisches Verhalten mit Rissbildungsprozessen kombinieren und damit zur Beschreibung von Debonding-Phänomenen zwischen Kristall und Matrix geeignet sind. Für die Bestimmung der Materialparameter stehen die zugehörigen experimentellen Anlagen am Fraunhofer EMI zur Verfügung. Dabei wird neben einer hydraulischen Presse zur Realisierung von hohen Druckbelastungen eine Split-Hopkinson-Pressure-Bar-Anlage für hochdynamische Belastungen eingesetzt. Die daraus abgeleiteten Materialmodelle werden für die Bewertung von Sicherheitsaspekten beim Einsatz von Munition verwendet.