El Faserinstitut Bremen e.V. confía en ZwickRoell para realizar sus ensayos mecánicos a temperaturas criogénicas
Testimonio
- Cliente: Faserinstitut Bremen e.V.
- Localidad: Bremen, Alemania
- Sector: Aeroespacial, academia/institutos
- Tema: Ensayos mecánicos a temperaturas criogénicas
Octubre de 2023
En el desarrollo de nuevos materiales de fibra y compuestos de alto rendimiento, el Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) apoya a empresas de diversos sectores para superar los retos tecnológicos del futuro. El Faserinstitut Bremen utiliza máquinas de ensayos de materiales ZwickRoell en el centro de investigación ECOMAT de Bremen para estudiar el comportamiento de los materiales y los cambios en las propiedades mecánicas de los compuestos de fibras a temperaturas criogénicas, y con ello, garantizar la fiabilidad y seguridad de los componentes aeroespaciales.
Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
El Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE), fundado en 1969 y con sede en Bremen (Alemania), lleva muchos años dedicado a la investigación y el desarrollo de materiales de fibra y sus aplicaciones. Se dedica principalmente a desarrollar soluciones innovadoras para la industria, incluidas las empresas de los sectores de automoción, construcción, médico, textil y aeroespacial, y a la mejora de los productos de fibra en términos de desarrollo de materiales, optimización de productos, control de calidad y mejora de procesos.
El objetivo es reforzar la competitividad de la industria aportando conocimientos científicos, experiencia técnica, además de soluciones innovadoras. Para ello, el instituto se centra en el desarrollo de fibras innovadoras para textiles técnicos y compuestos de fibras y sus procesos de fabricación, normalmente en forma de proyectos de cooperación financiados con la industria. Además de soluciones personalizadas, los clientes del Faserinstitut Bremen también se benefician de los servicios de consultoría que ofrece el personal altamente cualificado.
El Faserinstitut Bremen dispone de modernos laboratorios de tecnología de materiales con métodos de ensayo acreditados y una amplia gama de plantas piloto para la producción de fibras, el procesamiento de plásticos y la producción de CFRP.
La tarea
Los retos en la caracterización de materiales a temperaturas criogénicas
En el centro de investigación y tecnología ECOMAT de Bremen, los ingenieros y científicos del Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) colaboran con la industria aeronáutica y aeroespacial para agrupar actividades en el campo de la criogenia y para caracterizar el CFRP cuando se utiliza a temperaturas criogénicas y seguir desarrollándolo. Todos ellos son retos actuales en el desarrollo de tecnologías nuevas e innovadoras para conseguir vuelos sin impacto climático.
En el caso de los ensayos criogénicos realizados a temperaturas criogénicas de hasta -253 °C, debe garantizarse la misma comparabilidad de resultados que, generalmente, se obtiene en los ensayos estándar realizados en un rango de temperaturas de -55 °C hasta +120 °C, y a temperatura ambiente. Además, estas temperaturas tan bajas suponen un reto para los materiales utilizados, así como para los sistemas de medición de la deformación y del desplazamiento necesarios. Es por ello que, para los portaprobetas, la medición de fuerza y desplazamiento de precisión y la alineación de la cadena de carga deben desarrollarse nuevos enfoques distintos a los de los ensayos estándar a temperatura ambiente.
La solución ZwickRoell
Máquinas de ensayos ZwickRoell con yugo de carga
Para cumplir con los requisitos específicos para ensayos criogénicos del Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) para ensayos con hidrógeno, se optó por el empleo de máquinas de ensayos de materiales universales de la gama de productos ZwickRoell. Éstas permiten la caracterización de diversos materiales también a temperaturas ultrabajas y garantizar una excelente reproducibilidad de los resultados. Independientemente de si se requieren cargas de ensayo elevadas o bajas, tanto para el aseguramiento de la calidad como para fines de investigación.
Para el Faserinstitut Bremen e.V. se seleccionaron diferentes soluciones de criostatos de la gama de productos de ZwickRoell, que permiten realizar ensayos mecánicos en el rango criogénico con nitrógeno líquido (LN2) a 77 K, así como en hidrógeno líquido (LH2) a 20 K.
El portaprobetas con la probeta sujeta se sumerge en el rango criogénico a través de un yugo de carga especialmente desarrollado para ello. La ventaja: Como el criostato sólo tiene una abertura, se garantiza la mayor constancia de temperatura posible. Todos los criostatos de ZwickRoell disponen opcionalmente de un visor para determinar la deformación de la probeta desde el exterior y sin contacto, gracias a la tecnología de medición óptica del videoXtens.
Para el control, la adquisición de datos y la evaluación se utiliza el cómodo y sencillo software de ensayo testXpert, de uso generalizado en el Faserinstitut Bremen e.V.
Amplias posibilidades para ensayos en compuestos de fibras a temperaturas criogénicas
«En ZwickRoell hemos encontrado el socio perfecto y el soporte ideal para nuestro trabajo en la caracterización de materiales a temperaturas extremas criogénicas. Los sistemas de ensayos suministrados son testimonio de una experiencia excepcional, ya que se han fabricado en base a nuestros fundamentos y aplicaciones, de acuerdo con nuestras necesidades», comenta el Dr. Ernö Nemeth, director de laboratorio del Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) sobre la colaboración con ZwickRoell.
Los sistemas de ensayos permiten realizar una gran variedad de ensayos típicos en materiales compuestos de fibras, como ensayos de tracción, compresión y flexión, así como ensayos para determinar la resistencia al cizallamiento interlaminar (ILSS) y ensayos para determinar las críticas tasas liberación de energía interlaminar G1c (bajo carga en modo I) y G2c (bajo carga en modo II). Nemeth: «Nuestra estrecha cooperación y de confianza durante todo el periodo del proyecto ha ampliado significativamente nuestras capacidades de investigación y ha reforzado aún más nuestros lazos con ZwickRoell.»
El resultado
Gracias a su gama de productos, ZwickRoell pudo satisfacer de forma óptima los requisitos técnicos del Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE). Ahora podemos realizar ensayos -incluidos ensayos de tracción, compresión y flexión, así como ensayos ILSS, G1C y G2C- para caracterizar las propiedades de los materiales a temperaturas criogénicas extremas, tanto para fines de investigación como en cooperación con socios industriales del sector aeroespacial, con unos resultados totalmente fiables, trazables y reproducibles.
«ZwickRoell es nuestro socio indispensable en el campo de la caracterización de materiales a temperaturas criogénicas.
El fabricante de máquinas de ensayos nos ha convencido y apoyado con su experiencia y su amplia gama de productos especializados en ensayos de hidrógeno, a lo largo de todo el proyecto. Los sistemas de ensayos fabricados a medida son testimonio de de su experiencia y su gran sensibilidad para satisfacer los requisitos individuales de nuestro instituto. La profesionalidad de ZwickRoell y su enfoque integral, basado en la colaboración han hecho avanzar decisivamente nuestra investigación en este sector tan exigente.»
Dr. Ernö Nemeth, Director de laboratorio del Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE): Ensayos mecánicos a temperaturas criogénicas
