O instituto Faserinstitut Bremen e.V. confia na ZwickRoell para a realização de ensaios mecânicos a temperaturas criogênicas
Case Study
- Cliente: Faserinstitut Bremen e.V.
- Local: Bremen, Alemanha
- Setores da indústria Indústria aeroespacial, academia/institutos
- Tema: Ensaios mecânicos a temperaturas criogênicas
Outubro de 2023
No desenvolvimento de novos materiais de fibra e de materiais compósitos de alto desempenho, o instituto Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) fornece suporte a empresas de diferentes segmentos da indústria para lidarem com os desafios do futuro. O Fibre Institute utiliza na local de pesquisa ECOMAT em Bremen utiliza as máquinas de ensaios da ZwickRoell para entender, por exemplo, o comportamento do material e a modificação dos valores mecânicos caraterísticos de materiais compósitos de fibra sob temperaturas criogênicas e, dessa forma, garantir a confiabilidade e segurança dos componentes aeroespaciais.
O instituto Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
O instituto Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE), fundado em 1969 e sediado em Bremen (Alemanha), atua há muitos anos em Pesquisa & Desenvolvimento de materiais de fibra e suas aplicações. A principal tarefa é desenvolver soluções inovadoras para o setor, entre elas, empresas das indústrias automotiva, construção civil, indústria médica e têxtil assim como a indústria aeroespacial e, contribuir para o aprimoramento de produtos de fibra quanto ao desenvolvimento de materiais, otimização de produtos, controle da qualidade e melhoria de processos.
O objetivo é fortalecer a competitividade do setor fornecendo conhecimentos científicos, experiência técnica e soluções inovadoras. Para isso, o instituto se concentra no desenvolvimento de fibras inovadoras para têxteis técnicos, assim como materiais compósitos de fibra e seus processos de fabricação, normalmente por meio de projetos de cooperação com a indústria. Os clientes do instituto de fibras na cidade de Bremen recebem não somente soluções customizadas, mas também serviços de consultoria prestados por colaboradores altamente qualificados.
O instituto de fibras de Bremen possui modernos laboratórios para ciência de materiais com métodos de ensaios credenciados e as mais diferentes instalações técnicas para a fabricação de fibras, o processamento de plásticos e a fabricação de plásticos reforçados com fibra de carbono.
A tarefa
Os desafios da caracterização de materiais sob temperaturas criogênicas
No local de pesquisa e tecnologia de Bremen ECOMAT, os engenheiros e cientistas do Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) trabalham junto com a indústria aeroespacial para concentrar as atividades no campo de tecnologia criogênica e para caracterizar ou desenvolver plásticos reforçados com carbono na utilização a temperaturas criogênicas. Todos esses são desafios atuais no desenvolvimento de tecnologias novas e inovadoras para a aviação de impacto climático neutro.
Na realização de ensaios criogênicos a temperaturas criogênicas de até - 253 ºC é necessário garantir a comparabilidade dos resultados de ensaio com os ensaios padrão realizados normalmente em um range de temperatura de -55 °C até +120 °C e a temperatura ambiente. Além disso, temperaturas tão baixas representam um desafio para os materiais utilizados, assim como para os sistemas de medição de deformação e de deslocamento. Portanto, para os fixadores de amostras, a medição exata da força e do deslocamento e para a centralização do cabo de carga devem ser desenvolvidos outros métodos, diferentes dos aplicados nos ensaios padrão a temperatura ambiente.
A solução da ZwickRoell
Máquinas de ensaios ZwickRoell com suporte de carga
Para atender aos requisitos especiais de tecnologia criogênica do Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) para ensaios com hidrogênio, a decisão foi a favor de máquinas de ensaios universais padronizadas do portfólio de produtos da ZwickRoell. Elas permitem a caracterização de diferentes materiais mesmo a temperaturas extremamente baixas e garantem excelente reprodutibilidade dos resultados de ensaio. Independentemente da necessidade de forças de ensaio baixas ou elevadas, na Garantia de Qualidade e para fins de pesquisa.
Para o Faserinstitut Bremen e.V. foram selecionados do portfolio de produtos ZwickRoell diferentes soluções de criostato, os quais permitem ensaios mecânicos no range criogênico com nitrogênio líquido (LN2) a 77 K e também em hidrogênio líquido (LH2) a 20 K.
O suporte de amostra com a amostra fixada é imerso na faixa de temperatura ultrabaixa por meio de um suporte de carga especialmente desenvolvido. A vantagem: Como o criostato possui somente uma abertura, a máxima constância de temperatura possível é garantida. Todos os criostatos ZwickRoell dispõem opcionalmente de uma janela de inspeção para apurar opcionalmente do lado de fora e sem contato, em virtude da tecnologia de medição ótica do videoXtens, os alongamentos e deformações da amostra.
O software de ensaios testXpert, conveniente e de fácil utilização, que já é bastante utilizado no Instituto Faserinstitut Bremen e.V., é usado para controle, aquisição de dados e avaliação.
Amplas opções de ensaio em materiais compósitos de fibra a temperaturas criogênicas
“Com a ZwickRoell nós temos o parceiro perfeito e o suporte ideal para nosso trabalho na caracterização de materiais a temperaturas criogênicas extremas. Os sistemas de ensaio fornecidos revelam excelente conhecimento técnico e foram perfeitamente adaptados a nossos requisitos específicos em virtude de sua orientação aos conceitos de base e às aplicações “, disse Dr. Ernö Nemeth, o gerente do laboratório no instituto Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) sobre a cooperação com a ZwickRoell.
Os sistemas de ensaio permitem um grande número de ensaios típicos em materiais compósitos de fibra , como por ex. ensaios de tração, compressão e flexão, assim como ensaios para determinação da resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), assim como ensaios para determinação das taxas de liberação de energia interlaminares críticas G1c (sob carga de modo I) e G2c (sob carga de modo II). Nemeth: “A cooperação estreita e confiável durante todo o período de projeto até agora tem ampliado nossas possibilidades de pesquisa significativamente e aprofundado nosso vínculo com a ZwickRoell.“
O resultado
Em virtude do portfolio de produtos existente, a ZwickRoell conseguiu atender com tecnologia otimizada aos requisitos existentes do instituto Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE). Agora é possível que a pesquisa e a cooperação com parceiros industriais do setor aeroespacial realizem ensaios para caracterização das propriedades de materiais em temperaturas criogênicas extremas – como tração, compressão e flexão bem como ensaios ILSS, G1C e G2C – com resultados absolutamente confiáveis, rastreáveis e reprodutíveis.
“A ZwickRoell é um parceiro indispensável para nós no segmento de caracterização de materiais a temperaturas criogênicas.
O fabricante de máquinas de ensaio nos convenceu e apoiou durante todo o projeto com conhecimento técnico e com amplo portfólio de produtos específicos quanto a ensaios com hidrogênio. Os sistemas de ensaio customizados para nós comprovam competência e a sensibilidade para com nossos requisitos individuais na qualidade de instituto. O profissionalismo e a atuação da ZwickRoell como parceiro significam um avanço decisivo para nossa pesquisa nesse segmento exigente."
Dr. Ernö Nemeth, gerente do laboratório do Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
O instituto Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) Ensaio mecânico a temperaturas criogênicas
