In Dauerschwingversuchen können folgende wichtige ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

•  Wöhlerkurve (S-N-Kurve): Diese Kurve beschreibt die Beziehung zwischen der Spannungsamplitude (S) und der Anzahl der Lastzyklen (N) bis zum Versagen. Sie liefert eine grafische Darstellung des Ermüdungsverhaltens des Materials.
• Ermüdungsgrenze: Dies ist die Spannungsamplitude, unterhalb der ein Material theoretisch unendlich viele Lastwechsel ohne Versagen ertragen kann. Sie ist ein kritischer Wert für die Lebensdauervorhersage.
• Bruchfestigkeit: Diese Kennzahl gibt die maximale Spannungsamplitude an, bei der das Material eine bestimmte Anzahl von Lastzyklen aushält, bevor es bricht. Sie hilft bei der Bewertung der Materialstabilität unter verschiedenen Lastprofilen.
• Zyklusanzahl bis zum Versagen: Dies ist die genaue Anzahl der Lastzyklen, die ein Material bei einer bestimmten Spannungsamplitude ertragen kann, bevor ein Bruch auftritt. Diese Information ist zentral für die Festlegung der Lebensdauer von Bauteilen.
• Einfluss der Umgebungsbedingungen: Tests unter variierenden Temperaturen, Feuchtigkeiten und anderen Umwelteinflüssen erlauben die Bewertung ihres Einflusses auf das Ermüdungsverhalten und die Bestimmung zusätzlicher Anpassungen oder Schutzmaßnahmen.

Prüfmaschinen: Instron Pulser max. 43 - 200 kN

Die Langzeitauslagerung von Faserverbundkunststoffen ist ein wesentlicher Test, um die Alterungsprozesse und deren Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften dieser Materialien unter realen Umgebungsbedingungen zu verstehen. Zu den wichtigsten Auslagerungsparametern gehören:

• Temperatur: Dieser Parameter simuliert die thermischen Bedingungen, denen ein Material im Laufe seiner Lebensdauer ausgesetzt sein könnte. Höhere Temperaturen können die Alterung beschleunigen und die Materialeigenschaften wie Festigkeit und Steifigkeit verändern.
• Feuchtigkeit: Die Einwirkung von Feuchtigkeit oder Wasseraufnahme ist besonders wichtig, da sie zu Quellung, Delamination und einer Veränderung der mechanischen Eigenschaften führen kann. Die Feuchtigkeitsaufnahme ist entscheidend für die Beurteilung der Alterungsbeständigkeit in feuchten Umgebungen.
• UV-Strahlung: UV-Bestrahlung simuliert die Effekte von Sonnenlicht. Faserverbundkunststoffe können durch UV-Strahlung spröde werden oder Verfärbungen aufweisen; daher ist dieser Parameter entscheidend für Anwendungen im Freien.
• Chemische Einflüsse: Der Kontakt mit aggressiven Chemikalien, wie Lösungs- oder Reinigungsmitteln, kann zu chemischen Reaktionen führen, die die Struktur des Materials schwächen. Die Beständigkeit gegenüber solchen Einflüssen muss bewertet werden.
• Mechanische Belastung: Auch unter Bedingungen der Langzeitauslagerung können wiederholte mechanische Belastungen angelegt werden, um das Ermüdungsverhalten in Verbindung mit Alterungseffekten zu verstehen.

Flammschutztests wie der UL-94-Test und der Limiting Oxygen Index (LOI) sind entscheidend für die Evaluation des Brandverhaltens von Faserverbundkunststoffen. Diese Tests liefern wichtige Kennwerte, die das Flammschutzverhalten der Materialien charakterisieren:

Brennbarkeitsklasse (z.B. UL-94): Beim UL-94-Test wird das Material einer offenen Flamme ausgesetzt, um die Entflammbarkeit zu bewerten. Die Brennbarkeitsklassen (V-0, V-1, V-2) geben an, wie das Material auf die Flamme reagiert, insbesondere hinsichtlich der Dauer der Flammenbildung und der Tropfbildung.

Nachglühzeit: Dieser Kennwert beschreibt die Zeit, die das Material nach Entfernen der Zündquelle noch weiterglüht. Kürzere Nachglühzeiten sind wünschenswert, da sie das Risiko einer erneuten Entzündung verringern.

Tropfbildung: Beim UL-94-Test wird auch geprüft, ob und in welchem Ausmaß brennbare Tropfen vom Material abfallen. Dies ist ein wichtiger Sicherheitsfaktor, da brennbare Tropfen zusätzliche Feuerquellen darstellen können.

Limiting Oxygen Index (LOI): Der LOI-Wert gibt den minimalen Sauerstoffgehalt in einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch an, der erforderlich ist, um das Material zu entflammen und die Flamme aufrechtzuerhalten. Ein höherer LOI-Wert deutet auf bessere Flammwidrigkeit hin, da mehr Sauerstoff benötigt wird, um das Material brennend zu halten.

Ein Hexapodprüfstand (Hexapod der TUHH) ist ein hochentwickeltes Prüfsystem, das zur Untersuchung komplexer Belastungsszenarien an Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen verwendet wird. Durch die Fähigkeit, Mehrachsbelastungen simultan zu simulieren, ermöglicht er die präzise Bestimmung mechanischer Eigenschaften unter realitätsnahen Bedingungen. Mit einem Hexapodprüfstand können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Mehrachsige Festigkeit: Die maximale Belastbarkeit eines Materials unter gleichzeitiger Beanspruchung in mehreren Richtungen.
• Ermüdungsverhalten: Die Langzeitbeständigkeit gegenüber zyklischen Belastungen, insbesondere unter komplexen Lastkombinationen.
• Vibrationsdämpfung: Die Fähigkeit des Materials, Schwingungen und Stöße in verschiedenen Richtungen zu absorbieren.
• Nichtlineares Verformungsverhalten: Die Analyse von Materialreaktionen, die über die linearen elastischen Eigenschaften hinausgehen, insbesondere unter kombinierten Belastungen.
• Strukturelle Integrität: Die Beständigkeit gegenüber strukturellen Versagen angefangen von Mikrorissen bis hin zu vollständigen Brüchen unter realitätsnahen Belastungen.

Diese Kennwerte sind entscheidend für die Entwicklung und Optimierung von Materialien, die in Anwendungen eingesetzt werden, die Mehrachsbelastungen ausgesetzt sind, wie in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau oder bei Bauwerksstrukturen.