Voor mechanische tests bij cryogene temperaturen vertrouwt het Fiber Institute Bremen e.V. op ZwickRoell
Case study
- Klant: Fiber Institute Bremen e.V.
- Locatie: Bremen, Duitsland
- Branche: Lucht- en ruimtevaart, Academische sector/instituten
- Onderwerp: Mechanische tests bij cryogene temperaturen
Oktober 2023
Het Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE) ondersteunt bedrijven uit verschillende sectoren bij het ontwikkelen van nieuwe vezelmaterialen en composieten met bijzondere eigenschappen om zo de technologische uitdagingen van de toekomst de baas te kunnen. Om het materiaalgedrag en de verandering in mechanische eigenschappen van vezelversterkte composieten bij cryogene temperaturen te begrijpen, en dus de betrouwbaarheid en veiligheid van onderdelen voor lucht- en ruimtevaart te verzekeren, gebruikt het Fiber Institute op de ECOMAT onderzoekssite te Bremen ZwickRoell materiaaltestmachines.
Het Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE)
Het Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE) werd opgericht in 1969 en heeft zijn hoofdkwartier in Bremen, Duitsland. Het instituut werkt al vele jaren actief aan onderzoek en ontwikkeling van vezelmaterialen en hun toepassingen. Hun hoofdtaak is het ontwikkelen van innovatieve oplossingen voor industriële toepassingen zoals de automobielsector, de bouw, de medische sector en de textielindustrie, maar ook lucht- en ruimtevaart. Zo dragen ze bij aan de verbetering van vezelproducten op vlak van materiaalontwikkeling, productoptimalisatie, kwaliteitscontrole en procesverbetering.
Het doel is de industriële competitiviteit te versterken met wetenschappelijke kennis, technische expertise en innovatieve oplossingen. Hiervoor focust het instituut op de ontwikkeling van innovatieve vezels voor technisch textiel en vezelversterkte composieten, samen met hun productieprocessen, gewoonlijk via gesubsidieerde samenwerkingsprojecten met industriële partners. Naast oplossingen op maat, kunnen klanten van het Fiber Institute Bremen ook genieten van advies van hun uiterst gekwalificeerde werknemers.
Het Fiber Institute Bremen heeft moderne materiaalkundige laboratoria met geaccrediteerde testmethoden en een breed gamma technische mogelijkheden voor vezelproductie, kunststofverwerking en CFRP productie.
De taak
Vereisten voor materiaalkarakterisatie bij cryogene temperaturen
In het centrum voor onderzoek en technologie ECOMAT te Bremen werken ingenieurs en wetenschappers van het Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE) samen met de lucht- en ruimtevaartsector om activiteiten rond cryogene technologie te bundelen en zo CFRP-materialen te ontwikkelen en te karakteriseren voor gebruik bij cryogene temperaturen. Dit zijn allemaal uitdagingen voor de ontwikkeling van nieuwe en innovatieve technologieën in het kader van koolstofneutraal luchtverkeer.
Voor cryogene tests uitgevoerd bij cryogene temperaturen tot -253 °C moet de reproduceerbaarheid van de testresultaten met standaardtests in een temperatuurgebied van -55 °C tot +120 °C en bij kamertemperatuur verzekerd worden. Daarnaast vormen deze lage temperaturen een uitdaging voor de gebruikte materialen, zowel op vlak van de vereiste rek als de verplaatsingsmeetsystemen. Daarom moeten in vergelijking met tests bij kamertemperatuur andere werkwijzen ontwikkeld worden voor het inklemmen, de precieze kracht- en verplaatsingsmeting en de uitlijning van de laststrang.
De ZwickRoell oplossing
ZwickRoell materiaaltestmachines met juk
Om te voldoen aan de speciale cryogene testvereisten van het Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE) voor tests met waterstof, werd gekozen voor een standaard en universeel inzetbare materiaaltestmachine uit het ZwickRoell productgamma. Deze laat toe verschillende materialen te karakteriseren, zelfs bij cryogene temperaturen, en verzekert een uitstekende reproduceerbaarheid van de testresultaten, zowel bij lage als hoge testbelastingen, en zowel voor kwaliteitscontrole als voor onderzoek.
Voor het Fiber Institute Bremen e.V. werden verschillende cryogene testoplossingen geselecteerd uit het ZwickRoell productgamma. Er zijn zowel mechanische tests mogelijk in het cryogene bereik met vloeibare stikstof (LN2) bij 77 K als met vloeibaar waterstof (LH2) bij 20 K.
De sampleklem wordt met het ingeklemde sample ondergedompeld in het cryogene medium met een speciaal ontwikkeld juk. Het voordeel is dat de cryostaat slechts één opening heeft en dat zo de hoogst mogelijke temperatuurstabiliteit gegarandeerd wordt. Alle ZwickRoell cryostaten hebben een optioneel kijkvenster om de rek en vervorming van het sample van buitenaf contactloos te meten met de optische technologie van de videoXtens.
De handige gebruiksvriendelijke testXpert testsoftware, gebruikt voor sturing, meting en evaluatie, wordt al breed gebruikt bij het Fiber Institute Bremen e.V..
Uitgebreide testmogelijkheden voor vezelversterkte composieten bij cryogene temperaturen
“Met ZwickRoell hebben we de perfecte partner en een uitstekende ondersteuning gevonden voor ons werk, namelijk het karakteriseren van materialen bij extreme cryogene temperaturen. De geleverde testsystemen getuigen van een buitengewoon niveau van expertise. Ze zijn perfect aangepast op onze alledaagse en toepassingsgerichte vereisten,” vertelt Dr. Ernö Nemeth, laboratoriummanager bij Fiber Institute Bremen e.V. over hun samenwerking met ZwickRoell.
Het testsysteem kan een groot aantal courante tests op vezelversterkte composieten aan, waaronder trek-, druk- en buigtests maar ook bepaling van de interlaminaire afschuifsterkte (ILSS) en tests voor de bepaling van de kritische interlaminaire energie-afgiftesnelheden G1c (Mode I belasting) en G2c (Mode II belasting). Nemeth: “Onze nauwe en betrouwbare samenwerking doorheen dit project heeft onze onderzoeksmogelijkheden aanzienlijk uitgebreid en onze band met ZwickRoell verder versterkt.”
Het resultaat
Dankzij hun uitgebreide productgamma kon ZwickRoell optimaal voldoen aan de technische vereisten van het Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE). Ze kunnen nu tests uitvoeren - onder andere trek-, druk- en buigtests maar ook ILSS, G1C EN G2C tests - voor het karakteriseren van materiaaleigenschappen bij extreme cryogene temperaturen. Deze tests gebeuren in het kader van onderzoek en in samenwerking met industriële partners uit de lucht- en ruimtevaart, en vereisen volledig betrouwbare, traceerbare en reproduceerbare resultaten.
“ZwickRoell is een partner waarop we kunnen rekenen voor materiaalkarakterisatie bij cryogene temperaturen.
De testmachinefabrikant overtuigde en ondersteunde ons gedurende het hele project met hun technische expertise en met hun uitgebreide gespecialiseerde productgamma voor tests in waterstof. De systemen die ze volgens onze specifieke noden aanpasten zijn een toonbeeld van hun expertise en aanvoelen van onze vereisten als instituut. Het professionalisme en de collaboratieve aanpak van ZwickRoell hielpen aanzienlijk bij onze vooruitgang in dit uitdagende onderzoeksveld.”
Dr. Ernö Nemeth, Laboratoriummanager Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE)
Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE): Mechanische tests bij cryogene temperaturen
