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不萊梅纖維研究所信賴 ZwickRoell 在極低溫下進行的機械測試

個案探討

  • 客戶: 不萊梅纖維研究所
  • 地點:德國布萊梅
  • 產業: 航太產業、學術機構
  • 主題: 低溫下的機械測試

2023年10月

在開發新纖維材料和高性能複合材料時,不萊梅纖維研究所(FIBRE)支持不同產業的公司應對未來的技術挑戰。舉例而言,為瞭解纖維複合材料在低溫下的材料行為和機械屬性的變化,從而確保航太組件的可靠性與安全性,布萊梅 ECOMAT 研究基地的纖維研究所使用 ZwickRoell 的材料試驗機。

任務 能力領域 解決方案 結果 產品

不萊梅纖維研究所(FIBRE)

不萊梅纖維研究所(FIBRE)於1969年成立,總部位於德國布萊梅,多年來一直致力於纖維材料及其應用領域的研發。該研究所的主要任務在於開發產業應用的創新解決方案,包括汽車、營建、醫療和紡織業以及航太業,並在材料開發、產品優化、品質控制和製程改善方面,為纖維產品的改進做出貢獻,

其目標在於透過提供科學知識、專業技術和創新解決方案以增強產業競爭力。為此,該研究所專助於開發創新的纖維,特別是針對技術性紡織品、纖維複合材料及其製程,並且通常以與產業合作夥伴共同資助合作項目的形式進行。除了客製化解決方案外,不萊梅纖維研究所的客戶還受益其高素質員工所提供的專業諮詢服務。

不萊梅纖維研究所擁有現代化的材料科學實驗室、經認證的測試方法以及用於纖維生產、塑膠加工和 CFRP 生產的各種技術設施。

ZwickRoell 頂尖能力

  • 可追溯且可再現的測試結果

  • 全面的產品組合:

  • 理想的支持

  • 以應用為基礎的測試系統

  • 密切且值得信賴的協作

任務

低溫下材料特徵的要求

在布萊梅的研究與技機構ECOMAT,不萊梅纖維研究所(FIBRE)的工程師和科學家與航太產業合作,結合極低溫領域的各項活動,以表徵在極低溫下使用的 CFRP 並進一步開發。這些都是目前開發碳中和航太旅行創新技術所面臨的挑戰。

對於在低至 -253 °C 的低溫下進行的極低溫測試,必須確保在 -55 °C 到 +120 °C 溫度範圍和環境溫度下進行標準測試時,此低溫測試結果具有可再現性。此外,這些低溫對所使用的材料以及必要的應變和位移測量系統帶來挑戰。因此,必須開發與環境溫度下標準測試不同的方法來對試樣進行夾持、精確的力和位移測量以及負載串序列的對中。

ZwickRoell 解決方案

ZwickRoell 材料試驗機搭配 yoke 應用

為了滿足不萊梅纖維研究所(FIBRE)使用氫氣進行測試須符合的特殊低溫測試要求,決定使用 ZwickRoell 產品組合中的標準化且能做一般性應用的試驗機。即使在極低溫條件下,這些也能實現不同材料的特徵測定,而且不論使用低測試負載或高測試負載,或者不論是為品質保證或研究目的,都能確保測試結果優異的可再現性

不萊梅纖維研究所從 ZwickRoell 產品組合中選擇不同的極低溫測試解決方案,確保可以使用 20 K 的液態氫 (LH2) 以及77 K的液態氮(LN2)在極低溫範圍內進行機械測試。

夾持著試樣的夾具透過專門開發的 yoke 浸入至低溫範圍。其好處是:低溫恆溫器有一個開孔,可確保最大的溫度穩定性。所有 ZwickRoell 的低溫恆溫器皆有選配的觀測窗,再藉由videoXtens延伸計所提供的光學技術,無須接觸就能從外部判定試樣的應變和變形。

方便且對用戶友善的testXpert測試軟體用於控制、資料收集和評估用途,並已在不萊梅纖維研究所中被廣泛使用。

極低溫條件下纖維複材的綜合測試選項

「我們在 ZwickRoell 找到了完美的合作夥伴,並為我們在極低溫條件下測定材料特徵方面提供了理想的支持。所提供的測試系統證明了卓越的專業水準,且完全適應我們的基本要求以及在應用方面的要求。」不萊梅纖維研究所實驗室經理 Ernö Nemeth 博士在提到該研究所與 ZwickRoell 的合作時這樣表示。

該測試系統支持大批次的典型纖維增強複材測試,包括拉伸、壓縮和彎曲測試,以及層間剪切強度(ILSS)測定和用於測定臨界層間能量釋放率G1c(在模式I加載下)和 G2c(在模式II加載下)的測試。Nemeth:「我們在整個專案期間密切且信任彼此的合作明顯提升了我們的研究可能性,並進一步加強我們與ZwickRoell 的關係。」

測試結果

基於廣泛的產品組合,ZwickRoell 能在最大程度上滿足不萊梅纖維研究所(FIBRE)的技術要求。如今,該研究所已可透過包括拉伸、壓縮和彎曲測試以及 ILSS、G1C 和 G2C 等測試,為研究目的或與航太領域的產業夥伴合作,在極端低溫條件下測定材料特性並提供可靠、可追溯和且可再現的測試結果。

「ZwickRoell是我們在測定極低溫材料特徵領域值得信賴的合作夥伴。

在整個專案期間,試驗機製造公司以專業技術知識以及用於氫測試領域的全面專業產品組合說服並​​支持了我們。他們根據我們特定需求所量身打造的系統,證明了他們的專業知識以及對我們研究機構獨特需求的敏銳度。在這個充滿挑戰的領域,ZwickRoell 的專業能力及合作方式明顯幫助了我們在研究工作上進一步的提升。」

Ernö Nemeth博士,不萊梅纖維研究所(FIBRE)實驗室經理

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