EN 2563 Laminaty jednokierunkowe – Oznaczanie pozornej wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe

Europejska norma „EN 2563 Seria lotnicza — Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym — Laminaty jednokierunkowe — Oznaczanie pozornej wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe” opisuje metodę określania pozornej wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym w postaci laminatów jednokierunkowych za pomocą badania zginania.

Metoda ta jest przeznaczona do próbek, których długość jest równoległa do kierunku włókien. Metodę tę można również stosować do tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym w postaci tkanin. W przypadku laminatów o strukturze krzyżowej, składających się z warstw zorientowanych w różnych kierunkach, wyniki uzyskane za pomocą wzoru podanego w niniejszej normie można wykorzystać jedynie do porównania laminatów o tym samym ułożeniu warstw.

Dla celów niniejszej normy pozorna międzywarstwowa wytrzymałość na ścinanie odnosi się do maksymalnego naprężenia ścinającego obliczonego dla połowy grubości próbki w momencie początkowego pęknięcia.

Metoda ta zasadniczo polega na określeniu odporności na rozwarstwienie pod wpływem sił ścinających równoległych do warstw laminatu. W tym celu prostokątna próbka jest poddawana próbie zginania na dwóch podporach. Obciążenie jest przykładane do środka próbki za pomocą końcówki obciążającej umieszczonej pomiędzy podporami. Test ten dostarcza informacji o jakości połączenia żywica-włókno.

Próbki do badań pobierane są z paneli przygotowanych zgodnie z normą EN 2655.

Kondycjonowanie przeprowadza się zgodnie z następującymi warunkami:

• Zgodnie z normą EN 2743 dotyczącą badań stanu początkowego
• Zgodnie z normą EN 2489 dotyczącą badań po zanurzeniu
• Zgodnie z normą EN 2823 dotyczącą badań po narażeniu na działanie wilgotnej atmosfery

Podczas testu szerokość mierzy się z dokładnością do 0,01 mm w środku próbki. Wysokość określa się, obliczając średnią arytmetyczną z trzech pomiarów grubości wykonanych w środku próbki wzdłuż szerokości z dokładnością do 0,01 mm. Odległość między podporami mierzy się z dokładnością do 0,1 mm.

Do badań kwalifikacyjnych i w razie sporu odległość między podporami należy dostosować według wzoru podanego w normie:

W przypadku badań przeprowadzanych w temperaturach innych niż temperatura otoczenia, czas między kondycjonowaniem a rozpoczęciem badania musi spełniać następujące warunki:

• W przypadku próbek, które nie były starzone ani zanurzane, czas ekspozycji w temperaturze badania należy określić za pomocą badań wstępnych.
• W przypadku próbek poddawanych zanurzeniu obowiązuje norma EN 2489.
• W przypadku próbek poddanych działaniu wilgotnej atmosfery stosuje się normę EN 2823.

Próbkę umieszcza się w uchwycie badawczym, upewniając się, że jej oś jest prostopadła do podpór. Próbkę obciąża się równomiernie. Obciążenie rejestruje się jako funkcję czasu lub przemieszczenia końcówki obciążającej. Rejestruje się obciążenie w momencie pęknięcia.

Jeśli próbka pęka pod wpływem ścinania w przybliżeniu wzdłuż osi włókna obojętnego, międzywarstwową wytrzymałość na ścinanie oblicza się za pomocą wzoru podanego w niniejszej normie. Jeśli próbka pęka pod wpływem zginania lub odkształcenia plastycznego, wynik uzyskany za pomocą wzoru podanego w niniejszej normie nie jest rzeczywistym naprężeniem ścinającym w momencie pęknięcia. Wynik ten można wykorzystać jedynie do porównania z wynikami serii badań tego samego obiektu.

Norma EN 2563 jest normą europejską, która określa metodę określania pozornej wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe kompozytów z tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknami przy zastosowaniu metody krótkiej belki.

Niniejsza norma określa standardową procedurę testową dla:

• Ocena właściwości ścinania międzywarstwowego materiałów kompozytowych

• Zapewnienie spójności i porównywalności wyników testów w różnych laboratoriach i branżach
• Pomoc w doborze materiałów, kontroli jakości i weryfikacji projektu konstrukcji kompozytowych

Wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe określa zdolność materiału do przeciwstawiania się ścinaniu między warstwami (laminami). Jest ona szczególnie istotna w przypadku materiałów warstwowych, takich jak kompozyty z włókna węglowego lub szklanego, gdzie rozwarstwienie może być istotną przyczyną uszkodzenia.

Normę tę uznaje się za konieczną z następujących powodów:

• Gwarancja jakości projektu: Pomaga inżynierom zagwarantować, że materiały kompozytowe stosowane w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, morskim i budowlanym wytrzymują obciążenia ścinające bez rozwarstwiania.
• Kontrola jakości: Producenci stosują metodę określoną w normie EN 2563 w celu sprawdzenia, czy ich elementy kompozytowe spełniają specyfikacje wydajnościowe.
• Normalizacja: Bez normy takiej jak EN 2563 różne metody testowania mogą dawać nieporównywalne wyniki, co utrudnia wiarygodną ocenę jakości lub wydajności materiału.
• Zgodność z przepisami: Wiele branż wymaga, aby materiały spełniały określone normy, zanim będzie można ich używać w zastosowaniach wymagających bezpieczeństwa.

Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym to materiały kompozytowe wykonane z matrycy polimerowej, zazwyczaj epoksydowej, wzmocnionej włóknami węglowymi. Włókna węglowe zapewniają wyjątkową wytrzymałość i sztywność, podczas gdy matryca polimerowa spaja włókna i rozkłada obciążenia. To połączenie zapewnia lekki, wytrzymały i trwały materiał, idealny do zastosowań wymagających wysokiej wydajności.

Główne właściwości tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym to:

• Wysoki stosunek wytrzymałości do masy: Mocniejszy od stali, ale znacznie lżejszy, idealny do zastosowań, w których liczy się waga.
• Twardość: Wysoki moduł sprężystości zapobiega odkształceniom pod wpływem obciążenia.
• Odporność na korozję: W przeciwieństwie do metali, tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym nie ulegają korozji, co zwiększa ich trwałość w trudnych warunkach.
• Odporność na zmęczenie: Doskonała wydajność przy obciążeniach cyklicznych sprawia, że ​​nadają się do zastosowań dynamicznych.
• Stabilność termiczna: Niska rozszerzalność cieplna i dobre parametry w szerokim zakresie temperatur.
• Elastyczność projektowania: Możliwość formowania w skomplikowane kształty, co pozwala na tworzenie niestandardowych projektów konstrukcyjnych.

Laminaty jednokierunkowe to materiały kompozytowe, w których wszystkie włókna wzmacniające są ułożone w jednym kierunku w matrycy, zazwyczaj polimerowej, takiej jak epoksyd. Takie ułożenie zapewnia laminatowi wysoką wytrzymałość i sztywność wzdłuż kierunku włókien, ale znacznie niższe właściwości w kierunku prostopadłym. Są one stosowane w zastosowaniach takich jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny czy sportowy, gdzie wymagana jest określona wytrzymałość kierunkowa, np. w belkach lub elementach konstrukcyjnych. Włókna, zazwyczaj węglowe lub szklane, są osadzone w matrycy, aby utrzymać je razem i przenosić obciążenia.

Nasza organizacja, która od lat wspiera przedsiębiorstwa z wszystkich sektorów, oferując szeroki zakres usług testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, może pochwalić się silnym zespołem pracowników, którzy uważnie śledzą światowe osiągnięcia naukowe i technologiczne oraz stale się rozwijają. W tym kontekście świadczymy również usługi testowe zgodnie z normą EN 2563 dotyczącą przemysłu lotniczego – Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym – Laminaty jednokierunkowe – Oznaczanie pozornej wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe.