ISO 15024 Faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe – Bestimmung der interlaminaren Bruchzähigkeit Modus I (Gic) für unidirektional verstärkte Materialien

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Norm ISO 15024 „Iso 15024 Faserverstärkte Kunststoffverbunde – Bestimmung der interlaminaren Bruchzähigkeit (Gic) im Modus I für unidirektionale verstärkte Werkstoffe“ beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der interlaminaren Bruchzähigkeit (kritische Energiefreisetzungsrate) im Modus I von unidirektionalen faserverstärkten Kunststoffverbunden unter Verwendung einer Doppel-Cantilever-Balkenprobe.

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

• Die interlaminare Bruchzähigkeit im Modus I, die kritische Energiefreisetzungsrate Gic, bezieht sich auf den Widerstand gegen die Entstehung und Ausbreitung von Delaminationsrissen in unidirektionalen faserverstärkten Polymermatrix-Verbundlaminaten unter Öffnungslast im Modus I. Sie wird in Joule pro Quadratmeter gemessen.
• Der Rissöffnungsmodus I bezieht sich auf den Rissöffnungsmodus aufgrund einer Last, die senkrecht zur Delaminationsebene unter Verwendung einer Doppelauslegerprobe ausgeübt wird. Das Beispiel eines Doppelauslegerträgers ist in der Abbildung in der Norm dargestellt.
• Der NL-Punkt bezieht sich auf den Punkt der Abweichung von der Linearität im Last-Verschiebungsverlauf. Der NL-Punkt ist in der in der Norm angegebenen Abbildung dargestellt.
• Der VIS-Punkt bezieht sich auf den Startpunkt der Delaminierung, der durch visuelle Beobachtung am Rand der Probe bestimmt und auf der Last-Verschiebungs-Spur markiert wird. Der VIS-Punkt ist in der in der Norm angegebenen Abbildung dargestellt.
• Der 5-Prozent-/MAX-Punkt bezieht sich auf den Punkt beim Laden der Probe, der zum ersten Mal zwischen (dargestellt in der im Standard enthaltenen Abbildung) liegt:
  • Steigerung der Compliance um 0 Prozent gegenüber dem Ausgangswert (C5) (C5 Prozent)
  • maximaler Belastungspunkt
• PROP-Punkte beziehen sich auf Punkte mit diskreten Delaminationslängeninkrementen jenseits des Einsatzes oder der anfänglichen Rissspitze, die in der Last-Verschiebungs-Spur markiert sind. Punkte, an denen der Riss gestoppt wird, sind ausgeschlossen. PROP-Punkte sind in der in der Norm angegebenen Abbildung dargestellt.
• Die Delaminationswiderstandskurve drückt das Kreuzdiagramm von Gic für anfängliche und nachfolgende Ausbreitungswerte in Abhängigkeit von der Delaminationslänge der Rissöffnung im Modus I aus. Die Delaminationswiderstandskurve ist in der Abbildung der Norm dargestellt.

Beim Testen wird eine Probe mit Doppelausleger im Modus I verwendet, um den Gic-Wert zu bestimmen, der die kritische Energiefreisetzungsrate oder die Bruchzähigkeit zwischen den Schichten von faserverstärkten Kunststoffverbundwerkstoffen darstellt. Die in der Norm angegebene Abbildung zeigt drei verschiedene Belastungsanordnungen für die Probe:

• Laden von Proben mithilfe von Ladeblöcken
• Probenladen mit Klavierscharnieren
• Probenbeladung mittels Einsteckscharnieren

Die Testmethode ist nur auf unidirektionale Schichtungen von null Grad beschränkt.

Die Datenreduktion liefert die Anfangs- und Folgestreuungswerte von Gic für die Öffnungsbruchzähigkeit im Modus I. Die Delaminationswiderstandskurve wird erstellt, indem Gic auf der Ordinate als Funktion der auf der Abszisse aufgetragenen Delaminationslänge dargestellt wird.

Ziel dieses Prüfverfahrens ist die Bestimmung der Initiierungswerte für den zu prüfenden Verbundwerkstoff. Faserbrückenbildung, die bei einem Doppel-Cantilever-Balkenversuch beobachtet wird , ist möglicherweise nicht repräsentativ für den zu prüfenden Verbundwerkstoff. Sie gilt allgemein als Hauptursache für den beobachteten Verlauf der ansteigenden Delaminierungswiderstandskurve, bevor ein annähernd konstanter Gic-Wert erreicht wird, insbesondere bei großen Delaminierungslängen. Eine Rissöffnungslast wird senkrecht zur Delaminierungsebene mittels Lastblöcken oder Klavierbändern unter konstanter Verschiebungsgeschwindigkeit auf die Doppel-Cantilever-Balkenprobe aufgebracht. Die Doppel-Cantilever-Balkenprobe enthält einen dünnen, nicht haftenden Initiierungsfilm in der Mittelebene, der die initiale Delamination simuliert. Die Probe wird vorgerissen, indem sie unmittelbar nach dem ersten Anstieg des Delaminierungswachstums vom Einsatz entlastet und anschließend wieder belastet wird. Der Beginn eines stabilen Delaminierungswachstums wird überwacht und die Messwerte für Delaminierungsinitiierung und -ausbreitung werden aufgezeichnet. Die Delaminationswiderstandskurve wird unter Berücksichtigung der Werte für die Rissinitiierung im Modus I und im Einschubverfahren sowie der Rissausbreitung dargestellt. Unter bestimmten vorhersehbaren Bedingungen kann ein alternatives Keil-Vorrissverfahren angewendet werden, dies wird jedoch nicht empfohlen.

Die bei den Tests verwendete Maschine muss die folgenden Anforderungen erfüllen: Testgeschwindigkeit, Vorrichtung, Last- und Verschiebungsmessungen und Rekorder.

Unter den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die für Unternehmen in verschiedenen Branchen durchgeführt wurden, hat unsere Organisation mit ihrem geschulten und fachkundigen Personal und ihrer fortschrittlichen technologischen Ausrüstung die Norm „ISO 15024 Faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe – Modus I interlaminare Bruchzähigkeit“ (Gic ) für unidirektional verstärkte Materialien.“ Es bietet auch Prüfdienstleistungen an, die in der Norm „Bestimmung“ definiert sind.