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Was ist eine Composite Prüfung ?
Unter dem Begriff Composite Materialien sind häufig von der Werkstoffzusammensetzung her gesehen sehr unterschiedliche Verbundmaterialien oder Werkstoffverbunde gemeint. Entsprechend unterschiedlich sind auch die Prüfmethoden für die Charakterisierung der eingesetzten Materialien. Um solche Composite Materialien technisch sicher einsetzen zu können müssen die Materialkennwerte in verschiedenen Prüfungen zuverlässig ermittelt werden.
Unsere Composite Experten haben in unseren akkreditierten Laboren bereits sehr erfolgreich Verbundmaterialien charakterisiert, validiert und optimiert.
Ein Composite in Form eines Sandwiches mit zwei Deckschichten und einem Kernmaterial können durch Biegeprüfungen mit den resultierenden Werkstoffkennwerten der Biegesteifigkeit, Schubsteifigkeit, Biegefestigkeit und Schubfestigkeit sehr gut charakterisiert werden. Für die Charakterisierung von reinem Kernmaterialien in Form von Polymerschäumen können zusätzlich Kopfzugversuche , Druckversuche sowie Schubversuche und Dichtebestimmungen durchgeführt werden.
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) oder auch häufig als ‘fibre reinforced polymers’ (FRP) bezeichnete Werkstoffe fallen auch unter den Begriff der Composite Materialien. Weit verbreitete Formen der faserverstärkten Kunststoffe sind glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) und kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK). Die faserverstärkten Kunststoffe werden z.B. durch den klassischen Zugversuch, die 3-Punkt-Biegeprüfung oder auch durch thermomechanische Analysen wie z.B. dem TMA oder DMA charakterisiert. Der Fasergehalt der Proben kann durch Thermogravimetrie (TGA) oder Soxhlet-Extraktion bestimmt werden.
Wie ist ein Composite Material aufgebaut?
Sandwich-Verbundmaterialien bestehen aus Deckschichten und einem Kern. Die Materialien der Deckschichten können sehr unterschiedlich sein. Üblich sind Metalle, faserverstärkte Kunststoffe aber auch Papier oder Holz werden als Deckschichten eingesetzt. Diese Deckschichten umgeben einen Kern der aus Vollmaterial, einem Schau oder einer anderen Struktur wie z.B. Waben besteht.
Ein Composite Material kombiniert die mechanischen Eigenschaften der Deck- und Kernschichten so, dass sich daraus die gewünschten Materialeigenschaften ergeben. Sehr häufig wird eine hohe Biegesteifigkeit mit minimalem Gewicht gewünscht.
Biegefestigkeit von Composite Materialien
Die Biegesteifigkeit sowie die Biegefestigkeit von Composite-Materialien (sogenannten Kernverbunden) kann nach der DIN 53293 im Biegeversuch ermittelt werden.
Druckfestigkeit von Kernmaterialien
Die Druckfestigkeit der Kernmaterialien (meist Hartschaumplatten aus Polymerschäumen) wird im Druckversuch ermittelt. Dazu wird ein Stück des Kernmaterials in einer Universalprüfmaschine zwischen zwei Platten komprimiert. Dabei können verschiedene Kennwerte wie Druckfestigkeit, Druckspannung bei 10% nomineller Stauchung und Druckmodul bestimmt werden. Die Prüfung basiert auf der Norm ISO 844.
Schubfestigkeit von KernMaterialien
Die Schubsteifigkeit sowie Schubfestigkeit kann sowohl im Biegeversuch (mit entsprechender Probengeometrie der Sandwich-Probe) wie auch ein einem dedizierten Schubversuch des Kernmaterials nach ISO 1922 bestimmt werden. In diesem Versuch werden die Kernmaterialien zwischen zwei Schubeisen geklebt, welche dann anschliessend in einer Unviersalprüfmaschine gegeneinander verschoben werden. Einer sorgfältigen Probenvorbereitung sowie einer exakten Prüfung kommt dabei eine grosse Bedeutung zu. Bei Suisse TP wird die Verschiebung der Schubeisen und damit die Scherung der Probe berührungslos mittels Laserextensometer gemessen.
ZUGFESTIGKEIT VON KERN-MATERIALIEN
Die Zugfestigkeit von Kern-Materialien wird im sogenannten Kopfzugversuche nach DIN 53292 (Zugversuch senkrecht zur Deckschichtebene) bestimmt. Dabei wird eine Probe des Kernmaterial mit Deckschicht aus dem Sandwich entnommen und zwischen zwei Stahlblöcke geklebt. Diese werden in einer Universalprüfmaschiene gelenkig gelagert und auseinander gezogen. Dabei können Kennwerte wie Zugfestigkeit, Streckspannung sowie die Zugspannung bei einer bestimmten Dehnung ermittelt werden. Das Bruchbild kann ausserdem Hinweise zu Haftungsproblemen zwischen Deckschicht und Kernmaterial geben.
Beispielanwendungen für eine Composite Material Prüfung
Composite Material Prüfungen für die Technische Sicherheit
Zahlreiche Prüfungen (Biegeprüfungen, Druckversuche, Kopfzugversuche, TMA, TGA) an Composite Materialien werden für folgende Produkte zur Sicherstellung der geforderten Werkstoffeigenschaften für einen sicheren Betrieb durchgeführt:
- Polymerschäume in Sandwichanwendungen für Windkrafträder und Fahrzeugaufbauten
- Sandwich für Fahrzeugaufbauten, Caravans und weitere Leichtbauanwendungen
- Sandwich-Strukturen für Schienenfahrzeuge
- Aluminium Verbundplatten für Gebäudefassaden oder Display Bereich…..
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