Ganzheitliche Bewertung von UD-Tapes und Laminaten für Leichtbauanwendungen

Mechanische Prüfung von polymerbasierten Faserverbundwerkstoffen

In der Gruppe »Bewertung und Design von Faserverbundstrukturen« liegt der Schwerpunkt auf der Bewertung des Einsatzes von polymerbasierten Faserverbundwerkstoffen in hochbelasteten Leichtbaustrukturen und -bauteilen. Thermoplastische unidirektional verstärkte Tapes, UD-Tapes, spielen hier eine entscheidende Rolle und können in verschiedenen Polymer- und Faserkombinationen hergestellt und geprüft werden.

Untersuchung von Matrix- und Faserkombinationen Glas-, Carbon- und Naturfaser-UD-Tapes

NFK UD-Tape — © Fraunhofer IMWS/Sven Döring
UD-Tapes aus naturfaserverstärkten Kunststoffen.

Es können verschiedene Matrix- und Faserkombinationen untersucht werden. Ein Schwerpunkt der Arbeiten ist die werkstoffmechanische Charakterisierung von Verbundwerkstoffen mittels zerstörender Prüfung und die Bewertung von Fertigungsfehlern durch Inline-Inspektionsverfahren (Thermographie etc.).

Methoden zur Bewertung von UD-Tapes und daraus hergestellten Laminaten

Physikalische Eigenschaften (Dicke, Dichte, Faseranteil, Porengehalt)
Mechanische Eigenschaften (Zug, Faser-Matrix-Anbindung, Druck, Biegung, Impakt, ...)
Morphologische Eigenschaften (Faser-Welligkeit, Gassen, Verdrillung, Spreizung usw.) u.a. mittels Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie
Integrierte Inline-Inspektionsmethoden (Dicke, Qualität, Fehlerklassifizierung) u.a. mittels Thermografie, Linienlaser, ISRA-Inspektionssystem

REM-Aufnahme Kohlenstofffasertape — © Fraunhofer IMWS
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Kohlenstofffasertapes nach Kryobruch.

Spezifische Methoden

Inline-Dickenmessung mit zwei Linienlasersensoren an der UD-Tape Anlage UD500
Faservolumengehaltsbestimmung durch:
- Veraschung nach der Norm DIN EN ISO 1172
- Nasschemische Bestimmung nach DIN EN 2564
- Thermograviemetrische Analyse
- Computertomographie (CT)
- Chemische Extraktion (Soxleth)
Dichte nach DIN EN ISO 1183-1
Zugversuch für UD-Tape und Laminat nach DIN EN ISO 527 -5 mit Makroextensometer, Dehnungsmessstreifen, Laser oder optischer Dehnungsmessung
Interlaminare Scherfestigkeit (ILSS) Short Beam Bending Test nach ASTM D2344
Rail Shear Test nach ASTM D7078 für UD-Tape und Laminat
Biegeversuch nach ISO 178 für Laminat
Druckversuch in Wyoming-Vorrichtung nach ASTM 6641 für Laminat

© Fraunhofer IMWS
Zugversuch an einem Laminatband.

Zugprüfung an UD-Laminat

Zerstörungsfreie Methoden

Inline-Thermografie UD-Tape-Prüfung
- Ungekühlte Bolometerkamera INFRATEC VarioCAMR(R) Kopf 820 S/15mm
- Zeileninfrarotquelle OPTRON IRD S750SM + Steuergerät
Zerstörungsfreie Prüfung von TPC-Strukturbauteilen Röntgen-CT an Coupon-Laminatproben

© Fraunhofer IMWS
Röntgen-Computertomographie-Aufnahme von Coupon-Laminatproben.

Zerstörungsfreie Prüfung von Strukturbauteilen aus Thermoplastischen Verbundwerkstoffen (TPC) Quantitative CT-Bildanalyse (Faserorientierungen)
- Faserorientierungsanalyse auf 3D-Bilddaten in VG-Studio®
- Segmentierung der Faserbündel
- Analyse der Orientierungen
- Histogramm der Faserorientierungen in der Laminatebene