Zugproben für die Ermittlung des Faservolumengehalts

By | 5. Januar 2018

Bei unserer D-B11 geht es voran! Während wir an der Fertigstellung unserer Versteifungselemente arbeiten sind wir auch dabei unsere Berechnungen aufzuarbeiten und zu überprüfen.  Dieses Mal ging es uns um die Überprüfung des in den Belegen und Arbeiten angenommene Faservolumengehalt von 35 %.

Dementsprechend mussten wir unser Laminierkönnen auf die Probe stellen. Dafür fertigten wir 17 kohlefaserverstärkte Kunststoffplatten (CFK-Platten). Bei den Maßen dieser Platten richtete wir uns nach der DIN EN ISO 527, der Europäischen Norm für Kunststoffe zur Bestimmung der Zugeigenschaften. Sechs der Platten fertigten wir aus UD-Bändern, sechs aus Gewebe mit einer 0/90° Ausrichtung und fünf aus dem gleichen Gewebe nur um +/-45° gedreht. Damit konnte die unterschiedlich gute Tränkung von Faserverstärkung aus UD oder Gewebe betrachtet werden. Um die Unterschiede zwischen einem einfachen Aushärten und einem unter Vakuum zu untersuchten wurden je drei der sechsmal gefertigten Platten aus dem Vakuumbereich ausgeschlossen. Die +/- 45° Proben wurden jeweils von einer anderen Person gefertigt um unser unterschiedliches Können zu vergleichen und um die Genauigkeit der Ausrichtung der Fasern zu testen.

Diese Platten wurden nach dem Laminieren bei einer Temperatur von ca. 60°C getempert und anschließend mit Unterstützung der SPEZ GmbH in einer Wasserstrahlschneidmaschine zu Zugproben geschnitten. Diese konnten nun mittels Zugversuchen in der Prüfmaschine des DLR Schoollabs getestet werden.

Zwar ist die Menge der getesteten Proben bei weitem nicht ausreichend für eine statistische Absicherung der Annahme eines Faservolumengehalts von 35 %, doch konnten wir durch die aufgenommenen und ausgewerteten Ergebnisse schon eine deutliche Tendenz unserer herstellbaren und möglichen Festigkeiten und Faservolumengehalte erkennen. Neben wenigen starken Ausreißern liegen unsere Werte bei UD-Laminaten ohne Vakuumaufbau zwischen 45% und 52% und mit Vakuumaufbau zwischen 53% und 57%. Bei dem 0/90° stehen bei einem einfachen Aushärten die Werte bei 35% bis 42% gegen 46% bis 51% bei einem Vakuumaufbau. Trotz des knappen Erreichens des Faservolumengehalts bei dem Gewebe übertrafen die experimentell ermittelten Festigkeiten die Vergleichskennwerte der Idaflieg. Wir erhielten Reservefaktoren von 2,2 bis 2,6 bei den Geweben. Bei den UD-Laminaten betrugen die Reservefaktoren wesentlich geringere Werte (1,2-1,35). Diese rühren daher, dass wir Probleme hatten die Einspannung der Prüfmaschine fest genug anzuziehen. Bei den +/-45° schwanken die Reservefaktoren sehr stark, sie liegen dennoch auch dort alle über dem geforderten Wert von 1.

Allgemein bestätigten die Ergebnisse unsere Vermutungen, dass der Faservolumengehalt bei einem UD-Laminat besser zu realisieren ist als bei einem Gewebe und dass ein Vakuumaufbau in jedem Fall hilfreich ist. Doch ist dieser zum Beispiel beim Fertigen einer Rumpfschale nicht so einfach umsetzbar. Starke Schwankungen wiesen die bestimmten Kennwerte der +/-45°-Zugproben auf. Dies führten wir auf eine nicht exakte Faserorientierung zurück und der ungünstigen Belastung durch den Zugversuch für diese Richtung des Gewebes. Alles in allem können wir dennoch zufrieden sein, da wir in allen Fällen den angenommenen Faservolumengehalt von 35 % und eine ausreichende Festigkeit erreichten. Die Fertigung des Bruchrumpfes kann also kommen!