EN 6031 Bestimmung der Schereigenschaften in der Ebene von faserverstärkten Kunststoffen (Zugversuch bei Plus/Minus 45 Grad)

Die europäische Norm EN 6031 (Luft- und Raumfahrt) – Faserverstärkte Kunststoffe – Prüfverfahren – Bestimmung der Schubeigenschaften in der Ebene (plus/minus 45-Grad-Zugversuch) beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Schubfestigkeit und des Schubmoduls in der Ebene von Faserverbundwerkstoffen. Dieses Verfahren basiert auf der uniaxialen Zugspannungs-Dehnungs-Reaktion eines symmetrisch um seine Mittelebene laminierten 45-Grad-Laminats. Diese Norm gilt für Verbundlaminate, die mit unidirektionaler Band- oder Gewebeverstärkung hergestellt werden.

Diese Norm enthält keine Anweisungen zur Einhaltung von Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen. Es liegt in der Verantwortung des Anwenders dieser Norm, geeignete Gesundheits- und Sicherheitsmaßnahmen zu konsultieren und festzulegen.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Die Zugspannung zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Tests bezieht sich auf die Längszugbelastung, die die Testprobe zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Tests erfährt, geteilt durch die anfängliche Einheitsquerschnittsfläche innerhalb der Messlänge.
• Die zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Tests auftretende Scherspannung wird als die Scherspannung in der Ebene definiert, deren Hauptrichtung plus/minus 45 Grad unterhalb der Richtung liegt, in der die Zuglast ausgeübt wird, und deren Größe der Hälfte der Zugspannung entspricht.
• Die Scherfestigkeit ist die maximale Scherspannung, die während des Tests auftritt.
• Unter Zugspannung versteht man die Änderung des Längs- oder Querabstands zwischen Punkten innerhalb der Messlänge der Probe. Sie entsteht durch die Zugbelastung und wird relativ zum ursprünglichen Punktabstand angegeben (der Wert der Längsspannung ist positiv, der Wert der Querspannung der Zugprobe ist negativ).
• Der Schermodul bezeichnet die Neigung einer Linie in einem Scherspannungs-/Dehnungsdiagramm, die durch Punkte verläuft, die zwei Längsspannungsgrenzen entsprechen.

Mithilfe von Beziehungen aus der Theorie der laminierten Platten werden Ausdrücke präsentiert, die die Konstruktion einer ebenen 0-Grad-Schubspannungs-Dehnungs-Kurve aus einem einachsigen Zugversuch eines Laminats mit einem Winkel von plus/minus 45 Grad ermöglichen. Experimentelle Testdaten aus einem Zugversuch werden zur Ermittlung von Scherfestigkeit und -modul verwendet.

Zu den Hauptgeräten, die bei den Tests verwendet werden, gehören:

• Zugprüfmaschine mit einer Genauigkeit von bis zu 1 Prozent im verwendeten Lastbereich.
• Flachflächenmikrometer mit einer Genauigkeit von 0,01 mm.
• Messschieber mit einer Genauigkeit von 0,1 mm.
• Dieses Verfahren erfordert Kraft-Dehnungs-Daten in Längs- und Querrichtung. Dies wird erreicht, indem die Probe mit Längs- und Querdehnungsmessstreifen (5 mm bis 10 mm Messlänge) ausgestattet wird. Messstreifen, Oberflächenvorbereitung und Bindemittel sollten so ausgewählt werden, dass eine optimale Leistung des zu prüfenden Materials gewährleistet ist. Außerdem sollten geeignete automatische Dehnungsaufzeichnungsgeräte verwendet werden. Nach Möglichkeit kann ein Duplex-Extensometer oder eine Kombination aus Längs- und Querdehnungsmessern verwendet werden. Die Genauigkeit der Extensometer sollte auf 1 % des angewendeten Lastbereichs begrenzt sein.
• Temperaturmessgerät mit einer Genauigkeit von plus/minus 0,2 Grad bei der angewendeten Prüftemperatur.
• Vakuumbeutel-Versiegelungsmaterial.
• Timer oder Uhr.

Der Prüfkörper kann aus unidirektionalem Band oder Gewebe bestehen. Acht Lagen werden aufgebracht, die in einem Winkel von plus 45 Grad und minus 45 Grad zur Längsachse ausgerichtet sind. Um Verformungen und induzierte Biegungen zu vermeiden, müssen die Lagen vollständig symmetrisch sein. Die Abmessungen und Toleranzen des Prüfkörpers müssen den in der Norm festgelegten Anforderungen entsprechen.

Bei der Probenvorbereitung werden Proben aus den Platten geschnitten. Der Variationskoeffizient der Dickenmessung muss weniger als 2 Prozent pro Platte betragen. Die Platzierung muss symmetrisch sein und abwechselnd +45 Grad und minus 45 Grad betragen. Die Faserausrichtung muss auf +/- 2,5 Grad genau sein. Kohlenstoffplatten müssen gemäß EN 2565 und Glasplatten gemäß EN 2374 hergestellt werden. Prozessparameter wie Klingen, Aushärtetemperatur und -zeit müssen den geltenden technischen Spezifikationen entsprechen. Alle Proben müssen einen Winkel von +/- 45 Grad zur Probenachse aufweisen. Es sind Vorkehrungen zu treffen, um Kerben, Hinterschneidungen, Rauheit oder unebene Oberflächen nach der Verarbeitung zu vermeiden.

Wenn Dehnungsmessstreifen zur Modulbestimmung verwendet werden, sollten diese in Längsrichtung (0 Grad) und Querrichtung (90 Grad) mittig auf der Probe angebracht werden.

Die Probe sollte mit vorgehärteten Laschen aus zwei Gewebelagen (um plus/minus 45 Grad gefaltet) versehen oder mit einem geeigneten Prepreg-System miteinander verbunden werden. Die vorgehärteten Laschen werden mit einem Klebstoffsystem, das den Temperatur- und Alterungsanforderungen entspricht, auf beiden Probenseiten befestigt.

Sofern in den geltenden technischen Spezifikationen nichts anderes festgelegt ist, werden pro Prüfbedingung fünf Proben geprüft. Werden Prüfungen nach Alterung oder bei einer anderen Temperatur als Raumtemperatur durchgeführt, ist darauf zu achten, dass auch raumtemperierte/trockene Referenzproben geprüft werden, die aus derselben Platte wie die zu untersuchende Probe hergestellt wurden.

Bei Prüfungen nach dem Eintauchen muss die Konditionierung gemäß EN 2489 durchgeführt werden. Bei Prüfungen nach der Einwirkung einer feuchten Atmosphäre muss die Konditionierung gemäß EN 2823 durchgeführt werden.

Die Lagerung und Prüfung ausgehärteter Proben muss gemäß EN 2743 bei einer Temperatur von 23 °C plus/minus 2 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % plus/minus 5 % erfolgen. Gealterte Proben müssen unmittelbar nach der Alterung geprüft werden (maximal 8 Stunden bei 23 °C plus/minus 2 °C sind zulässig).

Vor der Alterung und mechanischen Prüfung werden Dicke und Breite der Probe an drei Punkten im Nicht-Griffbereich gemessen und aufgezeichnet. Für die Dicke wird ein Mikrometer verwendet, für die Breite ein Messschieber oder Mikrometer.

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