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Festigkeitsmessung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK)

Messung der Festigkeit von CFK | Nanoindentation

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) ist bekannt für seine hohe gewichtsspezifische Steifigkeit, seine hervorragenden Hochtemperatureigenschaften und seine Ermüdungsbeständigkeit. Daher ist CFK von großer Bedeutung für die verarbeitende Industrie geworden – insbesondere in der gewichtskritischen Luft- und Raumfahrtindustrie. Auch in der Automobil-, Schifffahrts- und Bauindustrie findet es Anwendung.

Prüfung der axialen Druckfestigkeit von CFK

Kohlenstofffasern sind das "Rückgrat" von CFK und maßgebend für dessen Festigkeit. Jede einzelne Kohlenstofffaser besteht aus einem langen dünnen Strang aus tausenden von Kohlenstofffilamenten mit einem Durchmesser von 5 – 10 μm. Die Druckfestigkeit von Kohlenstofffasern ist deutlich geringer als ihre Zugfestigkeit. Daher wird bei industriellen Anwendungen in der Regel die axiale Druckfestigkeit als Grundlage für die Bemessung verwendet. Dies gewährleistet die Sicherheit und Funktionalität des Endprodukts.

Das FISCHERSCOPE® HM2000 (Abb. 1 links) ist ein Messgerät für die automatisierte instrumentierte Eindringprüfung, das sich ideal zur Durchführung von Druckfestigkeitsprüfungen an Kohlefasern eignet dank eines speziellen 50 μm-Vickers-Pyramidenstumpfs als Indentor (Abb. 1 rechts). Das FISCHERSCOPE® HM2000 zeichnet sich durch eine hohe Auflösung und Präzision aus, weshalb es die ideal für die Messung von kleinen und spröden Proben wie z. B. Kohlenstofffasern ist.

FISCHERSCOPE HM2000
ProduktFISCHERSCOPE HM2000FISCHERSCOPE HM2000

Messung einer CFK-Probe mit dem Nanoindentationsgerät HM2000

Das FISCHERSCOPE® HM2000 ist intuitiv bedienbar und erfordert keine spezielle Probenvorbereitung für Prüfungen dieser Art. Legen Sie einfach die CFK-Probe auf den Messtisch, überprüfen Sie den Monofilament-Durchmesser und starten Sie die Messung.

Die Grafik (Abb. 2) zeigt den Ablauf der Kohlefasermessung. Wenn der Eindringkörper die Oberfläche der Kohlefaser berührt, steigt die Belastung linear an. Sobald die Probe eingedrückt wird, steigt der Gradient der Lastkurve schnell an. Bei vorliegender Probe geschieht dies bei einer Prüfkraft von 1547 mN und einer Stauchung (Eindringtiefe) von 3,6 μm (siehe Hinweis X in Abb. 2). Dieser Kraftwert wird verwendet, um die effektive Spannung der Faser in Bezug auf die Stauchung zu berechnen. Die Bilder in Abb. 3 zeigen Teile der verbleibenden Faser, nachdem die Faser vollständig eingedrückt wurde.

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