Testování uhlíkových vláken - Carbon fiber testing

Testování uhlíkových vláken je sada různých testů, které vědci používají k charakterizaci vlastností uhlíkových vláken. Výsledky testování slouží výrobcům a vývojářům při rozhodování o výběru a navrhování materiálových kompozitů, výrobních procesů a pro zajištění bezpečnosti a integrity. Bezpečnostní komponenty z uhlíkových vláken, jako jsou konstrukční součásti strojů, vozidel, letadel nebo architektonických prvků, podléhají zkouškám.

Úvod

Plast vyztužený uhlíkovými vlákny a vyztužené polymery získávají na důležitosti jako lehký materiál. Existují různé disciplíny pro testování materiálů, které se vztahují zejména na materiály z uhlíkových vláken. Nejběžnější jsou destruktivní testy, jako je stres, únava a mikrořezové testy. Existují také metody, které umožňují nedestruktivní testování (NDT), takže materiál lze po testování stále používat. Běžné metody jsou ultrazvukové, rentgen, Vysokofrekvenční vířivý proud, testování rádiových vln nebo termografie.[1] Dodatečně, Strukturální monitorování zdraví (SHM) metody umožňují testování během aplikace.

Zkušební metody

Destruktivní testování

Díly z uhlíkových vláken důležité pro bezpečnost, jako jsou rámy letadel, musí být testovány destruktivně (např. Napětí, únava) a nedestruktivně (např. Orientace vláken, delaminace a lepení).[1] Tři typy destruktivního testování jsou mikrořezání, stres a únavové testy. Forma únavového testování pro komponenty z uhlíkových vláken je velmi vysokocyklová únava (VHCF). Běžnými zkušebními metodami VHCF jsou ultrazvukové nebo rezonanční zkoušky napětí, stlačení nebo kroucení.[2] Typicky se destruktivní zkoušky provádějí k ověření mechanických vlastností, zatímco NDT se používá k monitorování a řízení výrobního procesu CFRP dílů.[3]

Nedestruktivní testování

Letectví a kosmický průmysl spoléhá na termografické testování, které pomáhá detekovat vady komponent uhlíkových vláken.[4] Ultrazvukové testování dílů CFRP je nejoblíbenější formou testování NDT.[5] Ultrazvukové testování umožňuje vědcům najít jakékoli anomálie v tenkých laminárních kompozitech.[5] Ultrazvukové testování funguje pouze u dílů, které nejsou tlustší než 50 mm.[5] Radiografické testování využívá elektromagnetické záření o krátké vlnové délce. Vlnová délka je tak malá, že může pronikat CFRP, zatímco světlo ne.[5] Rentgenové testování může detekovat dutiny, pórovitost, inkluze, translaminární trhliny, poměr pryskyřice k vláknu, nerovnoměrné rozložení vláken a orientaci vláken, jako jsou záhyby vláken, vrásky nebo linie svaru.[5] Nedostatek rentgenového testování spočívá v tom, že pokud je vada kolmá na rentgenový paprsek, vada nebude detekována.[5] Termografie hraje hlavní roli v leteckém a kosmickém průmyslu. Tento test se používá k detekci jakýchkoli defektů, které by mohly způsobit selhání komponenty z uhlíkových vláken s následkem katastrofy.[4] Aktivní a pasivní jsou dva typy termografie. Obě tyto metody šetří peníze, protože testovaná část zůstává nedotčena. Jsou také efektivní, protože jsou schopni skenovat velké plochy najednou.[4] Protože kompozity z uhlíkových vláken jsou tvarově a materiálově vysoce individuální, nové NDT jsou objevující se a vyhledávanou aplikací.[6] Použitelné technologie jsou testování rádiovými vlnami,[7] vysokofrekvenční testování vířivými proudy,[8] termografie, shearografie,[9] vzduchem spojená laserová ultrazvuk a terahertzové skenování.[10]

Typické účinky a vady

Specifikace integrity konstrukčně relevantních dílů závisí na konkrétním výrobci. Typicky relevantními kritérii kvality textury jsou však orientace vláken, mezery, vrásky, překrytí, zkreslení, zvlnění, uniformita[11] stejně jako defekty v delaminaci matrice, inkluzi, prasklinám, vytvrzování, prázdnotě, debondování.[12] Základní hmotnost nebo objemový obsah uhlíkových vláken jsou dále důležité vlastnosti. Obecně jsou vady a účinky v materiálech z uhlíkových vláken klasifikovány podle jejich umístění jako strukturální vady (související s uhlíkovými vlákny) a vady matrice (související s pryskyřicí). Účinky související s uhlíkovými vlákny se testují rentgenovými a vysokofrekvenčními metodami, zatímco maticové efekty se běžně testují pomocí ultrazvukových a termografických metod.

Strukturální vadyVady matice
Zkreslení a vychýleníDelaminace matice
Vrásky a přesahyZahrnutí
Fuzzy koulePrázdné prostory a póry
Mezery a zvlněníPraskliny
Vytvrzování
Debonding
Žhavá místa
Dopady a delaminace

Viz také

Reference

  1. ^ A b Erb, T. (2003). „Methodik zur Bewertung von Fehlern in Strukturbauteilen aus Faser-Kunststoffverbunden im Automobilbau“. University of Darmstadt.
  2. ^ Gude, M; Hufenbach, W; Koch, I; Koschichow, R (2012). „Zkoušky únavy polymerů vyztužených uhlíkovými vlákny při zatížení VHCF *“. Zkoušení materiálů. 54 (11–12): 756–761. doi:10.3139/120.110396. ISSN  0025-5300.
  3. ^ Hufenbach, W. (2007). „Textilní kompozitní konstrukce a výrobní technologie pro lehkou konstrukci ve strojírenství a automobilovém průmyslu“. SDV - Die Median AG. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  4. ^ A b C „Nedestruktivní testování plastů vyztužených uhlíkovými vlákny“. www.ndt.org. Citováno 2018-12-16.
  5. ^ A b C d E F „Rentgenové záření pro NDT kompozitů“. www.compositesworld.com. Citováno 2018-12-16.
  6. ^ Unnthorsonn R, Jonsson MP, Runarsson TP (2004). "Metody NDT pro hodnocení kompozitů z uhlíkových vláken". Comptest. Bristol: University of Bristol.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  7. ^ Heuer H, Schulze M (2011). "Zkoušení materiálů z uhlíkových vláken vířivým proudem s vysokým rozlišením". Mezinárodní workshop o CHYTRÝCH MATERIÁLECH, KONSTRUKCÍCH a NDT v AEROSPACE, konference NDT, Kanada 2011.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  8. ^ JEC Composites, cena za inovaci NESTRUČNÍ TESTOVÁNÍ (2013). „Nedestruktivní zkušební výrobky z uhlíkových vláken (suché tkaniny a kompozity) bez spojovacího média“.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  9. ^ Oster R (2012). „Metody nedestruktivního testování kompozitních komponent z vrtulníkového vlákna jsou výzvou dnes i v budoucnu.“ 18. světová konference o nedestruktivních zkouškách. Sborník z konference: 16–20.
  10. ^ Lopato P, Chady T, Sikora R (2011). "Testování kompozitních materiálů pomocí pokročilých metod NDT". COMPEL: Mezinárodní časopis pro výpočty a matematiku v elektrotechnice a elektronice. 30 (4): 1260–1270. doi:10.1108/03321641111133172.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  11. ^ Heuer H, Schulze M (2011). "Zkoušení materiálů z uhlíkových vláken vířivým proudem s vysokým rozlišením". Mezinárodní workshop o inteligentních materiálech, strukturách a NDT v letectví a kosmonautice, konference NDT, Kanada 2011.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  12. ^ Leckey CAC, Parker FR (2014). "Simulace NDE a SHM pro kompozity CFRP". Technická konference Americké společnosti pro kompozity; 29.; 8. – 10. Září 2014.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)

externí odkazy