EN 2563 Unidirektionale Laminate – Bestimmung der scheinbaren interlaminaren Scherfestigkeit

Eine europäische Norm „EN 2563 Luft- und Raumfahrt – Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe – Unidirektionale Laminate – Bestimmung der scheinbaren interlaminaren Scherfestigkeit“ beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der scheinbaren interlaminaren Scherfestigkeit von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen in Form von unidirektionalen Laminaten mittels Biegeversuch.

Dieses Verfahren ist für Proben geeignet, deren Länge parallel zur Faserrichtung verläuft. Das Verfahren ist auch auf kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe in Form von Geweben anwendbar. Bei Kreuzlagenlaminaten mit unterschiedlich ausgerichteten Schichten können die mit der Formel dieser Norm erzielten Ergebnisse nur zum Vergleich von Laminaten mit gleichem Schichtaufbau herangezogen werden.

Im Sinne dieser Norm bezieht sich die scheinbare interlaminare Scherfestigkeit auf die maximale Scherspannung, die bei der halben Dicke der Probe zum Zeitpunkt des ersten Bruchs berechnet wird.

Bei diesem Verfahren wird im Wesentlichen der Widerstand gegen Delamination unter Scherkräften parallel zu den Laminatschichten ermittelt. Hierzu wird ein rechteckiger Probekörper auf zwei Auflagen einem Biegeversuch unterzogen. Die Belastung erfolgt über eine zwischen den Auflagen angeordnete Belastungsnase in der Mitte des Probekörpers. Dieser Versuch gibt Aufschluss über die Qualität der Harz-Faser-Verbindung.

Die Proben für die Tests werden aus Platten entnommen, die gemäß der Norm EN 2655 hergestellt wurden.

Die Konditionierung erfolgt unter folgenden Bedingungen:

• Gemäß der Norm EN 2743 für Erstzustandsprüfungen
• Gemäß der Norm EN 2489 für Nachtauchprüfungen
• Gemäß der Norm EN 2823 für Tests nach Einwirkung einer feuchten Atmosphäre

Während des Tests wird die Breite in der Mitte der Probe auf 0,01 mm genau gemessen. Die Höhe wird durch Berechnung des arithmetischen Mittels von drei Dickenmessungen ermittelt, die in der Mitte der Probe entlang der Breite auf 0,01 mm genau durchgeführt werden. Der Abstand zwischen den Stützen wird auf 0,1 mm genau gemessen.

Für Eignungsprüfungen und im Streitfall sollte der Abstand zwischen den Stützen gemäß der in der Norm angegebenen Formel angepasst werden:

Bei Prüfungen, die bei anderen Temperaturen als der Umgebungstemperatur durchgeführt werden, muss die Zeit zwischen der Konditionierung und dem Beginn der Prüfung die folgenden Bedingungen erfüllen:

• Bei Proben, die weder gealtert noch eingetaucht wurden, sollte die Einwirkzeit bei der Prüftemperatur durch Vorversuche ermittelt werden.
• Für Proben, die einem Eintauchen unterzogen werden, gilt die Norm EN 2489.
• Für Proben, die einer feuchten Atmosphäre ausgesetzt sind, gilt die Norm EN 2823.

Die Probe wird in die Prüfvorrichtung eingelegt, wobei darauf zu achten ist, dass ihre Achse senkrecht zu den Stützen steht. Die Probe wird gleichmäßig belastet. Die Belastung wird als Funktion der Zeit oder der Verschiebung der Belastungsnase aufgezeichnet. Die Bruchlast wird aufgezeichnet.

Bei einem Scherbruch einer Probe annähernd entlang der neutralen Faserachse wird die interlaminare Scherfestigkeit mit der in dieser Norm angegebenen Formel berechnet. Bei einem Biegebruch oder einer plastischen Verformung entspricht das mit der Formel dieser Norm ermittelte Ergebnis nicht der tatsächlichen Scherspannung beim Bruch. Dieses Ergebnis kann nur zum Vergleich mit Ergebnissen aus einer Versuchsreihe am gleichen Objekt herangezogen werden.

Die Norm EN 2563 ist eine europäische Norm, die das Verfahren zur Bestimmung der scheinbaren interlaminaren Scherfestigkeit von faserverstärkten Kunststoffverbundwerkstoffen mit der Kurzbalkenmethode festlegt.

Diese Norm bietet ein Standardtestverfahren für:

• Bewertung der interlaminaren Schereigenschaften von Verbundwerkstoffen

• Gewährleistung der Konsistenz und Vergleichbarkeit von Testergebnissen zwischen verschiedenen Laboren und Branchen
• Unterstützung bei der Materialauswahl, Qualitätskontrolle und Designüberprüfung von Verbundstrukturen

Die interlaminare Scherfestigkeit gibt die Fähigkeit eines Materials an, Scherkräften zwischen Schichten (Laminas) standzuhalten. Sie ist besonders wichtig bei Schichtmaterialien wie Kohlefaser- oder Glasfaserverbundwerkstoffen, bei denen Delamination eine erhebliche Fehlerursache sein kann.

Dieser Standard wird aus folgenden Gründen als notwendig erachtet:

• Konstruktionssicherung: Hilft Ingenieuren sicherzustellen, dass Verbundwerkstoffe, die in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Schifffahrt und im Bauwesen eingesetzt werden, Scherbelastungen ohne Delamination standhalten können.
• Qualitätskontrolle: Hersteller verwenden die Standardmethode EN 2563, um zu überprüfen, ob ihre Verbundteile die Leistungsspezifikationen erfüllen.
• Standardisierung: Ohne einen Standard wie EN 2563 können unterschiedliche Testmethoden zu nicht vergleichbaren Ergebnissen führen, was eine zuverlässige Beurteilung der Materialqualität oder -leistung erschwert.
• Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: In vielen Branchen müssen Materialien bestimmte Standards erfüllen, bevor sie in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt werden können.

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sind Verbundwerkstoffe aus einer Polymermatrix, meist Epoxidharz, die mit Kohlenstofffasern verstärkt ist. Die Kohlenstofffasern sorgen für außergewöhnliche Festigkeit und Steifigkeit, während die Polymermatrix die Fasern verbindet und die Lasten verteilt. Diese Kombination ergibt ein leichtes, starkes und langlebiges Material, das sich ideal für Hochleistungsanwendungen eignet.

Die wichtigsten Eigenschaften von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen sind:

• Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Stärker als Stahl, aber viel leichter, ideal für gewichtssensible Anwendungen.
• Härte: Hoher Elastizitätsmodul widersteht Verformungen unter Belastung.
• Korrosionsbeständigkeit: Im Gegensatz zu Metallen korrodieren kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe nicht, was die Haltbarkeit in rauen Umgebungen erhöht.
• Ermüdungsbeständigkeit: Hervorragende Leistung bei zyklischer Belastung macht sie für dynamische Anwendungen geeignet.
• Thermische Stabilität: Geringe Wärmeausdehnung und gute Leistung über einen weiten Temperaturbereich.
• Designflexibilität: Kann in komplexe Formen gegossen werden, was individuelle Strukturdesigns ermöglicht.

Unidirektionale Laminate sind Verbundwerkstoffe, bei denen alle Verstärkungsfasern innerhalb einer Matrix, typischerweise einem Polymer wie Epoxid, in eine Richtung ausgerichtet sind. Diese Ausrichtung verleiht dem Laminat hohe Festigkeit und Steifigkeit entlang der Faserrichtung, jedoch deutlich geringere Eigenschaften senkrecht dazu. Sie werden in Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie oder der Sportartikelindustrie eingesetzt, bei denen eine bestimmte Richtungsfestigkeit erforderlich ist, beispielsweise bei Trägern oder Strukturkomponenten. Die Fasern, typischerweise Kohlenstoff oder Glas, sind in die Matrix eingebettet, um sie zusammenzuhalten und Lasten zu übertragen.

Unsere Organisation, die seit Jahren Unternehmen aller Branchen durch ein breites Spektrum an Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsaktivitäten unterstützt, verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm EN 2563 Luft- und Raumfahrt – Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe – Unidirektionale Laminate – Bestimmung der scheinbaren Scherfestigkeit zwischen Schichten an.