Prüfung von Faserverbundwerkstoffen

In technischen Anwendungen kommen verschiedene Faserverbundwerkstoffe zum Einsatz

• Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK)
• Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK)
• Aramidfaserverstärkte Kunststoffe (AFK)
• Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK)

Die Faserverbundwerkstoffe bestehen aus der Faser, die als Filament oder Stapelfaser, z.B. als Roving vorliegt und einer Matrix, die für die notwendige Verbundhaftung sorgt. 

Das Eigenschaftsprofil wird, neben der Auswahl von Faser- und Matrixwerkstoff, wesentlich durch die Orientierung der Fasern im textilen Flächengebilde bestimmt. Für die Belange der Prüftechnik wird üblicherweise nach unidirektionalen und multidirektionalen Laminaten unterschieden. 

Die Werkstoffprüfung bildet in der Regel einzelne Beanspruchungsszenarien an genormten Probekörpern ab. Aufgrund der starken Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften werden die verschiedenen Beanspruchungsarten mit unterschiedlicher Probenentnahme, z.B. längs- und quer zur Hauptfaserrichtung durchgeführt. 

Neben der internationalen Normung (ISO) sind diese Prüfungen in verschiedenen nationalen oder regionalen Normen (ASTM, EN, DIN), wie auch in firmeneigenen Regelwerken (Airbus AITM, Boeing BSS) beschrieben. Dadurch ergibt sich ein Umfeld von mehr als 150 Normen, das rund 20 generische Prüfmethoden beschreibt.

Die Prüfung an Bauteilen, Strukturausschnitten und kompletten Strukturen ist in der Regel nahe an den Beanspruchungen ausgerichtet, die im späteren Betrieb auftreten. Festigkeiten, Energieaufnahme (Crash), Materialermüdung und Lebensdauerabschätzungen stehen dabei im Vordergrund. 

Aufgrund der Richtungs- und Scherempfindlichkeit der Faserverbunde müssen Prüfkräfte exakt in der vorgesehenen Richtung eingebracht werden. Der Axialitätsfehler wird mit Schiefzug bezeichnet und unterliegt engen Grenzen. Zur Messung des Schiefzugs setzt Zwick spezielle Messeinrichtungen ein, die sich an Form und Dimension der Probekörper orientieren. Die Ausrichtung der Zugachsen der Prüfmaschine erfolgt über mechanische Justageeinrichtungen (Alignment Fixtures)