Die Forschungskooperation HPCFK bietet seinen Kunden und Projektpartnern ein umfangreiches Portfolio von Analytik- und Testverfahren.
Mechanische Analysen
Mechanische Materialcharakterisierung und optische Messmethoden
Rheologische Analysen
Verformungs- und Fließverhalten von Polymerwerkstoffen, dielektrische Eigenschaften und Modellentwicklung
Thermische Analysen
Charakterisierung des thermischen Verhaltens vieler Werkstoffe und daraus abgeleiteter Materialkennwerte
Strukturanalysen
Präparationsverfahren und mikroskopische Analysen zur Beurteilung von Schadens- und Qualitätsparametern
Prozessanalysen
Identifikation von Schwachstellen und Verbesserungspotenzialen in der Faserverbundfertigung
Mechanische Analysen
Die Kenntnis mechanischer Kennwerte ist essentiell bei der Erprobung von Materialien und Produkten. Dabei wird die Vergleichbarkeit Ihrer Ergebnisse durch Einhaltung etablierter Prüfnormen garantiert. Unter Verwendung unserer dynamischen Universalprüfmaschine und der für die jeweilige Prüfung am Standort verfügbaren Vorrichtungen können wir u. a. folgende mechanische Untersuchungen anbieten
- Bestimmung der Zug- und Druckeigenschaften (Festigkeit, Steifigkeit, Bruchdehnung etc.) von Kunststoffen mit und ohne Faserverstärkung
- Ermittlung von Biege-, Scher- und Schubeigenschaften
- Bestimmung der Bruchzähigkeit von Verbindungen im G1c-Test
- Dynamische Prüfungen zur Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens bei unterschiedlichen Belastungsarten im Universalresonanzpulsator
- Untersuchung der mechanischen Belastbarkeit von hybriden Bauteilen in der Wirkzone der Grenzfläche
Für die Mehrzahl der aufgeführten Prüfmethoden besteht die Möglichkeit, komplementierend eine optische Dehnungs- und Verformungsanalyse mithilfe des am Standort verfügbaren Aramis-Systems durchzuführen. Auf diese Weise gelingt es beispielsweise, Spannungsüberhöhungen in Bauteilen in realen Lastfällen sichtbar zu machen. Ein Beispiel einer solchen Messung ist in den nebenstehenden Abbildungen für ein 3D-gedrucktes Bauteil dargestellt.
Rheologische Analysen
In nahezu jedem kunststofftechnischen Fertigungsverfahren werden polymere Werkstoffe im schmelzeförmigen Zustand verarbeitet. Die genaue Kenntnis ihres Fließverhaltens ist für eine sichere Prozessauslegung unabdingbar. Mithilfe des am Standort verfügbaren Oszillazions-Rheometers lassen sich unter anderem folgende rheologische Eigenschaftensbestimmungen durchführen
- Bestimmung der (komplexen) Viskosität in Abhängigkeit der Temperatur und Schergeschwindigkeit
- Charakterisierung der Viskoelastizität durch Quantifizierung elastischer (Speichermodul G‘) und viskoser (Verlustmodul G‘‘) Anteile von polymeren Werkstoffen und deren Zusammenhänge (Verlustfaktor tan d)
- Nachweis eines strukturviskosen, dilatanten oder newtonschen Fließverhaltens
- Detaillierte Beschreibung der Aushärtekinetik reaktiver Harzsysteme in Abhängigkeit der Temperatur und Zeit
- Bestimmung des Gelpunktes aushärtender Systeme
- Charakterisierung der dielektischen Eigenschaften (Ionenleitfähigkeit bzw. Ionenviskosität, dielektischer Verlustfaktor) in einem sehr breiten Frequenzspektrum
- Überführung rheologischer Kennwerte in mathematische Modelle (z. B. Potenzansatz nach Ostwald/de Waele, Carreau-Ansatz, WLF)
Thermische Analysen
Mithilfe der Dynamischen Differenzkalorimetrie (engl. Differential Scanning Calorimetry, DSC) kann das thermische Verhalten vieler Werkstoffe transparent gemacht werden. Insbesondere in Kombination mit der rheologischen Analyse bildet die DSC ein mächtiges thermoanalytisches Werkzeug, mit dem sich eine Vielzahl wesentlicher Materialkennwerte ermitteln lässt.
- Identifikation wesentlicher Phasenübergänge und charakteristischer Temperaturbereiche (z.B. Schmelzpunkt, Glasübergangs-, Einfrier- und Zersetzungstemperatur etc.)
- Bestimmung des Kristallisationsgrad teilkristalliner Thermoplaste
- Charakterisierung der Aushärtekinetik (Reaktionsgeschwindigkeit, Aushärte- bzw. Vernetzungsgrad) reaktiver Systeme
- Ermittlung der spezifischen Wärmekapazität
- Enthalpiebestimmung (endotherm und exotherm) bei Phasen-umwandlungen und chemischen Reaktionen
Grundsätzlich lassen sich mithilfe der rheologischen Analyse und thermischen Analyse sowohl Thermoplaste als auch vernetzende Systeme (Duromere und Elastomere) charakterisieren.
Strukturanalysen
Die Analyse von Strukturen und Morphologie durch mikroskopische Verfahren bietet schnell und zuverlässig aussagekräftige Ergebnisse zur Beurteilung von Schadens- und Qualitätsparametern. Unter anderem können folgende Strukturuntersuchungen durchgeführt werden
- Bestimmung des Faservolumengehalts durch computergestützte, optische Bildauswertung
- Detektion und Vermessung von Poren sowie quantitative Bestimmung der Porösität in Laminaten und Halbzeugen
- Bewertung der Maßhaltigkeit von Bauteilen
- Bestimmung von Verteilungsfunktionen von Füllstoffen bzw. Verstärkungsfasern
- Untersuchung von Bruchflächen von Couponproben oder Bauteilen als Maßnahme der Schadensanalyse
Die sorgfältige Vorbereitung der mikroskopischen Proben unter Verwendung geeigneter Präparationsverfahren ist von zentraler Bedeutung für die Aussagekraft der mikroskopischen Analyse. Hierzu stehen am Standort verschiedene Einbettungsmethoden sowie eine Probenschleifmaschine zur Erzielung höchster Oberflächengüten zur Verfügung.
Prozessanalysen
Die Kenntnis relevanter Maschinen- und Prozessdaten ist für robuste Prozesse essentiell. Schwachstellen und Verbesserungspotentiale frühzeitig zu identifizieren und digitale Daten online zu überwachen, können dazu beitragen, im Sinne der Industrie 4.0 die Qualität von Bauteil und Prozess zu steigern. Mit Fokus auf automatisierte Legetechnologien bieten wir unter anderem folgende Dienstleistungen an
- Thermographische Online-Überwachung des AFP- und ATL-Legeprozesses im Hinblick auf auftretende Defekte
- Thermische Analyse von Maschinenteilen mittels mobiler Thermokamera, z.B. zur Beurteilung von lokaler Bauteilüberhitzung
- Online-Überwachung der Materialqualität bei der Herstellung von imprägnierten Faserbändern (Harzgehalt, Imprägnierqualität etc.)