Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCVWiBreak – Messung mechanischer Eigenschaften von Verstärkungsfasern durch den Einzelfaserzugversuch
Standardisierung des Einzelfaserzugversuchs für die gängigsten Verstärkungsfasern wie Carbonfasern, recycelte Carbonfasern und Glasfasern
Die Prüfung der mechanischen Eigenschaften von Verstärkungsfasern wie Carbon- und Glasfasern gewinnt immer mehr an Bedeutung, da Leichtbautechniken zur Einsparung von Ressourcen in immer mehr Bereichen eingesetzt werden. Für die Qualitätsprüfung dieser Fasern ist ein schnelles und verlässliches Prüfverfahren unerlässlich. Dies ist außerdem nicht nur für neu hergestellte Fasern relevant sondern auch für recycelte Fasern. Denn die schnelle und zuverlässige Ermittlung mechanischer Kennwerte ermöglicht auch die Qualifizierung von recycelten Verstärkungsfasern und den zu deren Gewinnung verwendeten Prozessen, und bildet damit die Grundlage für sämtliche Innovationen auf diesem Gebiet.
Daher befasst sich das Projekt WiBreak im Rahmen der Förderinitiative WIPANO mit der Ausarbeitung einer Grundlage für eine Standardisierung eines Messverfahrens zur Quantifizierung der mechanischen Eigenschaften von Verstärkungfasern. Das Projekt wird zusammen mit den Projektpartnern FIBRE (Faserinstitut Bremen), IPF (Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden) und Textechno bearbeitet.
FAVIMAT+ von Textechno zur mechanischen Prüfung von Verstärkungsfasern in Form von Einzelfasern, hiermit können beispielsweise Carbon-, Glas-, Basalt-, oder Keramikfasern und deren recycelten Varianten geprüft werden.
Der Einzelfaserzugversuch
Eingespannte Carbonfaser in den Klemmen des FAVIMAT+
Um schnell und einfach die mechanischen Eigenschaften von Einzelfasern zu bestimmen, bietet es sich an, die Fasern in geeigneten Klemmen direkt einzuspannen und zu testen, anstatt sie aufwendig gemäß ISO 11566 auf einzelne Papierrahmen kleben zu müssen. Ein beispielhaftes Prüfgerät, welches dafür entwickelt wurde, ist der FAVIMAT+ von Textechno. Dieses kann auch für den Einzelfaserauszugsversuch eingesetzt werden. (Weitere Projekte, welche sich mit der Charakterisierung von Einzelfasern und recycelten Carbonfasern beschäftigen sind: WiPull, Carina und Izi-Direct)
Die Projektpartner verfügen durch langjährige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit Verstärkungsfasern über wichtiges Know-how zu deren Charakterisierung, welches in der zu erstellenden Norm gebündelt werden soll. Nichtsdestotrotz ist es notwendig, dass mögliche, oft faserspezifische Einflussparameter wie beispielsweise die Handhabung bei der Probenpräparation, die Konditionierung der Fasern bei Glasfasern, die System-Compliance oder der Einfluss der Prüfgeschwindigkeit untersucht und mögliche weitere Einflussparameter identifiziert werden. Daraufhin sollen die Fasern in ersten vergleichenden Laborversuchen unter Nutzung verschiedener Prüfmaschinen zwischen den Partnern geprüft werden und mögliche Abweichungen bei den Prüfungen untersucht und minimiert werden. In der Folge werden Ringversuche mit den optimierten Prüfbedingungen durchgeführt, um für eine Norm verlässliche Werte für die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der Methode zu generieren.
Viele Unternehmen prüfen bereits jetzt mit ähnlichen Techniken die Einzelfaserfestigkeit, ohne dass sie auf eine aktuelle standardisierte Prüfmethode für Einzelfasern zurückgreifen können. Ziel des Projektes ist daher die Erstellung einer DIN und ISO Norm um die Vergleichbarkeit von Messungen auch zwischen verschiedenen Laboren sicherzustellen.