Ein Zugversuch ist ein zentrales Verfahren zur Ermittlung mechanischer Kennwerte von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen, die deren Verhalten unter Zugbelastung charakterisieren. Durch diesen Versuch können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Elastizitätsmodul (E-Modul): Er gibt die Steifigkeit des Materials im elastischen Bereich an und ist entscheidend für das Verständnis der Verformung unter Belastung.
• Streckgrenze: Diese Kennwert beschreibt die maximale Spannung, die ein Material aufnehmen kann, bevor es sich plastisch verformt.
• Zugfestigkeit: Sie stellt die höchste Spannung dar, die das Material aushält, bevor es bricht.
• Bruchdehnung: Diese gibt die prozentuale Längenänderung der Probe bis zum Bruch an und ist ein Maß für die Duktilität.
• Längsfestigkeit (bei Faserverbundwerkstoffen): Sie beschreibt die maximale Spannung entlang der Faserorientierung, die das Material ertragen kann.
• Querfestigkeit (bei Faserverbundwerkstoffen): Die maximale Spannung, die senkrecht zur Faserorientierung aufgenommen werden kann.

Diese Kennwerte sind von entscheidender Bedeutung für die Beurteilung der mechanischen Leistung von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen und dienen als Grundlage für die Materialauswahl und das Design in technischen Anwendungen.

Prüfnormen: DIN EN ISO 527 1-5, ASTM D638

Prüfmaschinen: Zwick Roell Universalprüfmaschine max. 50 N - 400 kN

Eine Druckprüfung ist eine wichtige Methode zur Bestimmung mechanischer Kennwerte von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen, um deren Verhalten unter Druckbelastung zu analysieren. Mit dieser Prüfmethode können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Druckmodul: Ein Maß für die Steifigkeit des Materials unter Druckbelastung, vergleichbar mit dem Elastizitätsmodul bei Zugbelastung.
• Druckstreckgrenze: Die maximale Spannung, die das Material aufnehmen kann, bevor es sich plastisch verformt unter Druck.
• Druckfestigkeit: Die höchste Spannung, die das Material unter Druckbelastung ertragen kann, bevor es versagt.
• Querdehnzahl (Poisson-Zahl): Sie beschreibt das Verhältnis von Querdehnung zu Längsdehnung bei axialer Belastung und ist relevant für die Verformungsanalyse.
• Kompressionsverhalten parallel und senkrecht zur Faserorientierung (bei Faserverbundwerkstoffen): Diese Kennwerte sind entscheidend für die Bewertung anisotroper Eigenschaften und der Leistungsfähigkeit der Faser-Matrix-Struktur.

Diese Kennwerte sind entscheidend für die Beurteilung der mechanischen Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen in Anwendungen, die Druckbelastung ausgesetzt sind.

Prüfnormen: DIN EN ISO 604

Prüfmaschinen: Zwick Roell Universalprüfmaschine max. 50 N - 400 kN

Eine Biegeprüfung ist eine wesentliche Methode zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen unter Biegebelastung. Mit dieser Prüfmethode können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Biegemodul (Flexuralmodul): Ein Maß für die Steifigkeit des Materials bei Biegebelastung, analog zum Elastizitätsmodul, aber spezifisch für Biegebeanspruchungen.
• Biegefestigkeit (Flexuralfestigkeit): Die maximale Spannung, die das Material unter Biegebelastung aufnehmen kann, bevor es versagt.
• Biegelastpunkt: Der Punkt der maximalen Kraft, den das Material unter Biegebelastung aushalten kann.
• Bruchdehnung: Die Verformung des Materials bis zum Bruch unter Biegebelastung, ausgedrückt als Prozent von der ursprünglichen Länge.
• Verhalten der Faser-Matrix-Struktur (bei Faserverbundwerkstoffen): Dies umfasst die Analyse des Versagensverhaltens und die Interaktion zwischen Fasern und Matrix bei Biegebelastung.

Diese Kennwerte sind entscheidend für die Beurteilung der Flexibilität, Festigkeit und Bruchsicherheit von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen in Anwendungen, die Biegebelastungen ausgesetzt sind.

Prüfnormen: DIN EN ISO 178, ASTM D 790

Prüfmaschinen: Zwick Roell Universalprüfmaschine max. 50 N - 400 kN

Eine dynamische Schwingprüfung ist eine Methode, die häufig angewendet wird, um verschiedene ingenieurstechnische Kennwerte eines Materials oder Bauteils zu bestimmen. Diese Prüfung ermöglicht es, das dynamische Verhalten von Strukturen, ihre Festigkeit sowie ihre Lebensdauer zu analysieren. Durch die Aufbringung oszillierender Lasten können wichtige Eigenschaften gemessen werden, die für die Entwicklung und Optimierung von Materialien und Strukturen notwendig sind. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Kennwerte aufgeführt, die mit einer dynamischen Schwingprüfung bestimmt werden können:

• Lebensdauer: Die Anzahl der Zyklen, die eine Struktur oder ein Material ertragen kann, bevor ein Versagen eintritt.
• Eigenfrequenzen: Die natürlichen Schwingungsfrequenzen eines Systems, die entscheidend für die Resonanzanalyse sind.
• Dämpfungsfaktor: Gibt an, wie schnell die Schwingungen eines Systems abklingen und ist wichtig für die Beurteilung der Stabilität und des Komforts von Strukturen.
• Steifigkeit (Elastizitätsmodul): Ein Maß für die Verformungswiderstandsfähigkeit eines Materials unter dynamischen Lasten.
• Schwingform (Modenform): Die Darstellung der Verformungen eines Bauteils an seinen Eigenfrequenzen.
• Schädigungsfortschritt: Analyse des Fortschritts von Materialschäden unter zyklischen Lasten.

Diese Kennwerte sind entscheidend für die Auslegung und Optimierung von Maschinen, Gebäuden und anderen Strukturen, um Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.

Prüfmaschinen: Instron Pulser max. 43 - 200 kN

Eine Schlagprüfung ist eine entscheidende Methode zur Bewertung der Zähigkeit und Schlagfestigkeit von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen. Diese Prüfung simuliert die Auswirkungen plötzlicher Belastungen und liefert wertvolle Informationen über das Verhalten der Materialien unter Stoßeinwirkung. Durch die Schlagprüfung können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Kerbschlagzähigkeit: Ein Maß für die Energieaufnahmefähigkeit eines Materials bei schlagartiger Belastung, häufig mit einer Kerbe in der Probe zur Simulation eines Spannungskonzentrators.
• Schlagfestigkeit: Die Fähigkeit des Materials, Energie aufzunehmen und Stoßbelastungen zu widerstehen, ohne zu versagen.
• Bruchenergie: Die Gesamtheit der Energie, die vom Material bis zum Bruch während des Schlages absorbiert wird.
• Bruchverhalten: Die Art und Weise, wie das Material unter Stoßbelastung versagt, was Einblicke in die Sprödigkeit oder Duktilität bietet.
• Delaminierungsverhalten (bei Faserverbundwerkstoffen): Analyse der Widerstandsfähigkeit der Verbundstruktur gegen Schichttrennung unter Stoßbelastung.

Diese Kennwerte sind entscheidend für die Entwicklung und Auswahl von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen in Anwendungen, bei denen dynamische Belastungen und Stöße auftreten können.

Prüfnormen: DIN EN ISO 178

Prüfmaschinen: Instron Fallturm, Schlagpendel (Extern)

Die Schnellzerreißprüfung ist eine spezialisierte Testmethode zur Untersuchung des Verhaltens von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen unter Hochgeschwindigkeitsbelastungen. Diese Prüfung liefert wertvolle Informationen über die dynamischen Eigenschaften der Materialien, insbesondere unter Bedingungen, die plötzliche und schnelle Deformationen erfordern. Durch die Schnellzerreißprüfung können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Energieaufnahmefähigkeit: Die Fähigkeit des Materials, Energie zu absorbieren und dissipieren, wenn es schnell auseinandergerissen wird.
• Bruchzähigkeit: Ein Maß für die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen schnelles Fortschreiten eines Risses unter hochdynamischen Bedingungen.
• Dehnrate-Empfindlichkeit: Die Reaktion des Materials bei unterschiedlichen Dehngeschwindigkeiten, was entscheidend für Anwendungen ist, die hohen Belastungsraten ausgesetzt sind.
• Versagensmechanismus: Die Art und Weise, wie das Material unter der Belastung versagt, einschließlich der Analyse von Bruchoberflächen und Rissausbreitungseigenschaften.
• - Einfluss der Faserorientierung (bei Faserverbundwerkstoffen): Untersuchung der Rolle der Faseranordnung auf das Verhalten des Verbundwerkstoffs bei schneller Belastung.

Diese Kennwerte sind entscheidend für die Bewertung der Eignung von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen in Anwendungen, die extremen, schnellen Belastungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise im Automobil- oder Luftfahrtbereich.

Prüfmaschinen: Instron Pulser max. 43 - 200 kN

Die Zeitstandprüfung, auch Kriechprüfung genannt, ist eine wichtige Methode zur Bewertung des Langzeitverhaltens von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen unter statischer Last über einen längeren Zeitraum. Sie liefert wesentliche Informationen über die Deformations- und Versagenscharakteristik von Materialien bei anhaltender Belastung. Durch die Zeitstandprüfung können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Kriechmodul: Der initiale E-Modul unter statischer Belastung, der mit der Zeit aufgrund von Materialverformung abnimmt.
• Kriechdehnung: Die Dehnung, die ein Material unter konstantem Stress über eine bestimmte Zeit erfährt, was für die Bewertung der langfristigen Verformung wichtig ist.
• Kriechgeschwindigkeit: Die Rate der Dehnung im Zeitverlauf, die Informationen über das Verformungsverhalten über verschiedene Zeiträume liefert.
• Zeitstandfestigkeit: Die maximale Spannung, die ein Material über einen bestimmten Zeitraum ohne Versagen aushalten kann.
• Relaxationsverhalten: Die Fähigkeit des Materials, mit der Zeit bei konstanter Dehnung Spannung abzubauen, was für Anwendungen mit Lastwechselreduktion entscheidend ist.

Diese Kennwerte sind entscheidend, um die Eignung von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen für Anwendungen zu beurteilen, bei denen sie über längere Zeiträume statischen Belastungen ausgesetzt sind, wie in Bauwerken, im Automobilbereich oder in Komponenten für die Energiewirtschaft.

Prüfnormen: DIN EN ISO 899-1

Prüfmaschinen: Zwick Roell Universalprüfmaschine max. 50 N - 400 kN, DMTA max. 500 N

Kerbzug- (OHT: Open Hole Tension) und Kerbdruck-Prüfungen (OHC: Open Hole Compression) sind spezialisierte Prüfmethoden zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen in Anwesenheit von Kerben oder Öffnungen. Diese Tests helfen, das strukturelle Verhalten von Materialien unter Zug- und Druckbelastung mit Stresskonzentratoren zu analysieren. Mit diesen Prüfungen können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Restfestigkeit: Die maximale Spannung, die ein perforiertes Material ertragen kann, entweder unter Zug (OHT) oder Druck (OHC), bevor es versagt.
• Schadenstoleranz: Die Fähigkeit des Materials, Belastungen in Gegenwart eines Defekts oder einer Öffnung zu widerstehen, was Rückschlüsse auf die Materialzuverlässigkeit erlaubt.
• Rissausbreitung: Die Tendenz eines Risses, sich vom Kerb ausgehend weiter auszubreiten, was für die Bewertung der Strukturintegrität entscheidend ist.
• Bruchmuster: Die Art und Weise, wie das Material versagt, was dabei hilft, die Einflussfaktoren der Faserrichtung und Matrix-Zusammensetzung auf das Versagen zu verstehen.
• Druckfestigkeit unter offenen Löchern (bei OHC): Spezifik für die Fähigkeit des Materials, lokale Druckbelastungen um Öffnungen herum zu widerstehen.

Diese Kennwerte sind entscheidend für das Design und die Bewertung von Bauteilen, deren Integrität durch Faktoren wie Löcher oder Kerben beeinflusst wird, was besonders in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbau von großer Bedeutung ist.

Prüfmaschinen: Instron Fallturm, Zwick Roell Universalprüfmaschine max. 50 N - 400 kN

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.

Der Interlaminare Scherfestigkeitstest (ILSS) ist eine spezielle Prüfmethode zur Bewertung der Scherfestigkeit zwischen den Schichten von Faserverbundwerkstoffen. Dieser Test ist entscheidend, um die Qualität der Verbindung zwischen Fasern und Matrix zu analysieren und die Leistungsfähigkeit des Verbundwerkstoffs zu beurteilen. Durch einen ILSS-Test können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Interlaminare Scherfestigkeit: Die maximale Scherspannung, die zwischen den Schichten des Verbundmaterials auftreten kann, bevor es zu einem Schichtversagen kommt.
• Delaminierungswiderstand: Die Fähigkeit des Materials, Schichttrennung unter Scherbelastung zu widerstehen, was entscheidend für die strukturelle Integrität ist.
• Bruchart und Versagensmechanismus: Die Art und Weise, wie das Material zwischen den Schichten versagt, einschließlich der Analyse des Einflusses von Faser-Matrix-Haftung und inneren Defekten.
• Einfluss der Verarbeitungsbedingungen: Bewertung, wie Herstellungsprozesse und Parameter die interlaminare Scherfestigkeit beeinflussen.

Diese Kennwerte sind entscheidend für die Beurteilung der Eignung von Faserverbundwerkstoffen in Anwendungen, die hohe Scherbelastungen zwischen den Schichten erfahren können, wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau oder anderen Hochleistungsanwendungen.

Prüfnormen: DIN EN 2563, ASTM D2344

Prüfmaschinen: Zwick Roell Universalprüfmaschine max. 50 N - 400 kN

Bruchmechanische Prüfmethoden sind entscheidend für die Untersuchung des Versagensverhaltens von Faserverbundwerkstoffen unter Belastung. Diese Methoden liefern wertvolle Einblicke in die Rissausbreitung und die strukturelle Integrität von Materialien, die in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt werden. Durch bruchmechanische Prüfungen können folgende ingenieurstechnische Kennwerte ermittelt werden:

• Kritische Energiefreisetzungsrate (G_IC): Die Energie, die benötigt wird, um einen Riss unter Mode-I-Belastung (Öffnungsmodus) auszubreiten, ist ein Maß für die Bruchzähigkeit des Materials.
• Kritische Energiefreisetzungsrate (G_IIC): Die Energie für die Rissausbreitung unter Mode-II-Belastung (Schiebemodus), was die Scherbruchzähigkeit bestimmt.
• Rissspitzenbeanspruchung: Die Konzentration der Spannung an der Spitze eines Risses, die Aufschluss über die Anfälligkeit für plötzlichen Bruch gibt.
• Bruchzähigkeit (K_IC): Die Fähigkeit des Materials, einem Risswachstum unter vorgegebener Belastung zu widerstehen, was ein Maß für die Beständigkeit gegen sprödes Versagen ist.
• Delaminierungsverhalten: Das Versagen zwischen den Schichten des Verbundwerkstoffs, analysiert durch verschiedene Modi der Rissausbreitung.

Diese Kennwerte sind entscheidend für die Entwicklung und Bewertung von Faserverbundwerkstoffen, die in Hochleistungsanwendungen eingesetzt werden, wie zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilsektor und in der Bauindustrie. Sie helfen, die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Bauteilen unter kritischen Belastungen sicherzustellen.

Prüfnormen: ASTM D 5528 (DCB), ISO 15024 (DCB), JIS K 7086 (ENF)

Prüfmaschinen: Zwick Roell Universalprüfmaschine max. 50 N - 400 kN