Vezelversterkte composieten

21_Druktest

Overzicht composieten

Composieten bestaan uit twee of meer materialen, die met elkaar verbonden zijn. Op deze manier worden voor nieuwe toepassingen zeer speciale materiaaleigenschappen zoals stijfheid of sterkte bereikt in bepaalde richtingen bij een gelijk gewicht. 

Composieten worden gebruikt in vele producten. Vliegtuigen zoals de A380 of de A350 van Airbus, of de Boeing 787 zijn actuele voorbeelden uit de burgerluchtvaart waarin een hoog percentage koolstofvezelversterkte composieten worden gebruikt. BMW gebruikt voor zijn I3 en I8 modellen volledige autochassis uit glasvezelversterkte materialen. Deze zijn zo licht dat ze door twee mensen gedragen kunnen worden. Bij sportwagens zijn vezelversterkte materialen al langer de standaard. In de wieken van grote windmolens worden verschillende soorten composieten gebruikt. Unidirectionele laminaten vangen de centrifugale krachten op, de buitenste oppervlakken worden gemaakt uit multidirectionele materialen en het overkoepelende ontwerp heeft een sandwich-structuur. Daarnaast worden composieten ook toegepast in de medische technologie, bv. als prothesen, of in de bouw als veelzijdige grondstoffen voor bruggen en gevels.

Bij vezelversterkte materialen worden vezels ingebed in een drager, de zogenaamde matrix. Zo ontstaat een vezel-matrix systeem. De vezels kunnen in één of meerdere richtingen lopen en voorkeursrichtingen hebben.

Gelamineerde materialen bestaan uit een aantal op elkaar liggende lagen. Materialen met drie lagen waarvan de twee buitenste identiek zijn, worden sandwichmaterialen genoemd. 

Dergelijke kerncomposieten worden ook gebruikt in lichtgewicht constructies. Daarbij kan de kern, die zich tussen de twee buitenste lagen bevindt, gemaakt zijn uit geschuimd kunststof of een honingraatstructuur. Deze laatste is gekend als honingraatcomposiet.
Meer lezen Minder tonen

Definitie van composieten

In technische toepassingen worden verschillende vezelversterkte composieten gebruikt, bv.

  • Glasvezelversterkte kunststoffen (GFK)
  • Koolstofvezelversterkte kunststoffen (CFK)
  • Aramidevezelversterkte kunststoffen (AFK)
  • Natuurvezelversterkte kunststoffen (NFK)

Vezelcomposieten bestaan uit vezels als filament of als stapelvezel, en een matrix die voor de noodzakelijke hechting zorgt.  

De eigenschappen worden, naast de keuze van vezel en matrix, vooral bepaald door de oriëntatie van de vezels in de textieldrager. In de testwereld wordt gewoonlijk onderscheid gemaakt tussen uni-directionele en multi-directionele laminaten. 

De materiaaltesten simuleren gewoonlijk enkelvoudige belastingen in genormeerde samples. Aangezien de eigenschappen sterk richtingsafhankelijk zijn, worden de verschillende belastingsmethoden in verschillende richtingen getest, bv. parallel met en loodrecht op de hoofdrichting van de vezels.  

Naast internationale normen (ISO) worden deze tests in verschillende nationale of regionale normen (ASTM, EN, DIN) en in specifieke merknormen (Airbus AITM, Boeing BSS) beschreven. Dit resulteert in een verzameling van meer dan 170 normen die ongeveer 20 generische testmethoden beschrijven.

Tests op onderdelen, structuurdelen en volledige structuren worden gewoonlijk zo realistisch mogelijk uitgevoerd in vergelijking met de belastingen die bij later gebruik optreden. Het gaat hier vooral om sterkte, energie-absorptie (crash), materiaalvermoeiing en inschatting van de levensduur.

Omwille van de richtings- en afschuifgevoeligheid van vezelversterkte materialen, moeten de testkrachten exact in de vooropgestelde richting uitgeoefend worden. De axiale fout wordt weergegeven als scheefstelling en moet streng begrensd worden. Om deze scheefstelling te bepalen, gebruikt ZwickRoell speciale meeteenheden afgestemd op de vorm en de afmetingen van het sample. De uitlijning van de test-assen van de testmachine gebeurt met behulp van mechanische regelingen (alignment fixtures).

Meer lezen Minder tonen

Modulair testsysteem voor vezelversterkte composieten

Grote testlabs met grote aantallen samples gebruiken voor de verschillende testmethoden meerdere grote testmachines en moeten daardoor minder ombouwen. De genormeerde tests kunnen grofweg in de volgende krachtbereiken verdeeld worden: 

  • Krachten tot 1 kN: buigtests, energie-vrijgavesnelheid, trektests op filamenten
  • Krachten tot 10 kN: afschuiftests, bv. IPS, ILSS en V-notch, trektests op filamentstrengen, UD 90° trektests, trektests in dikterichting
  • Krachten tot 100 kN: UD 0° trektests, MD trektests bij kleinere dikten, druktests volgens ISO, ASTM en EN normen, gekerfde druktests, boring-wrijvingstests
  • Krachten groter dan 100 kN: trek- en druktests volgens Airbus normen bij grote dikte, Compression After Impact
Bij kleinere hoeveelheden samples is de investering in meerdere testmachines niet zo rendabel, en is het voordelig één testmachine zo uit te rusten dat zo veel mogelijk testmethodes uitgevoerd kunnen worden met zo weinig mogelijk ombouwwerk. Hiervoor heeft ZwickRoell een modulair testmachineconcept ontwikkeld voor elektromechanische en servo-hydraulische testmachines van verschillende capaciteiten. Het voordeel van dit modulair systeem ligt voor de hand: alle werktuigen, software, rekmeters en eventueel de veiligheidsdeur of temperatuurkast zijn modulair en op elkaar afgestemd. Verder is dit systeem future-proof aangezien alle componenten ook achteraf toegevoegd kunnen worden.
Meer lezen Minder tonen

Trektests, druktests en buigtests

Zwick levert speciale testopstellingen voor trektests, druktests en buigtests volgens norm en bij een breed temperatuurbereik.

Afschuiftests

Er bestaan verschillende testmethoden voor het bepalen van de afschuifeigenschappen op verschillende niveaus en in verschillende richtingen.

Verdere tests op composieten

zoals de energie-afgiftesnelheid G voor het bepalen van breukmechanische waarden van composieten of cyclische belasting voor het bepalen van de levensduur van samples, structuren en onderdelen.
Structure.Top