Analytik

Die Forschungskooperation HPCFK bietet seinen Kunden und Projektpartnern ein umfangreiches Portfolio von Analytik- und Testverfahren:

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 Analyse

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 Analyse

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.)

Faseroptische Dehnungsmessung

Kontinuierliche Messung von Dehnung und Temperatur, wo elektrische Sensoren an ihre Grenzen stoßen. Unser faseroptisches Messsystem ermöglicht die quasikontinuierliche Aufnahme von Dehnungs- und Temperaturveränderungen mit einem Messpunktabstand von 0,65mm bis 2,6mm. Aufgrund des geringen Querschnittes lassen sich faseroptische Sensoren auf der Oberfläche oder auch innerhalb von Bauteilen applizieren, ohne das makroskopische Verhalten wesentlich zu beeinflussen. Dabei sind sie vielfältig einsetzbar, da auch starke magnetische Felder, hohe Temperaturen sowie chemisch aggressive Medien die Messungen kaum beeinträchtigen. Unser System erlaubt eine gleichzeitige Messung in acht separat angeschlossenen Kanälen mit einer Frequenz bis 250 Hz und eine Genauigkeit von  25 bis 30με.  Temperaturen zwischen -40 und 200°C und Dehnungen im Bereich von 12.000με können gemessen werden. Die Herstellung eigener Sensoren bietet uns die Möglichkeit, die Sensoren optimal an Ihre individuellen Messaufgaben anzupassen. Die maximale Sensorlänge beträgt dabei 10m. Die Fasern lassen sich flexibel biegen, sodass Messwerte an Linien (1D), in Flächen (2D) oder auch Räumen (3D) direkt beziehungsweise durch Interpolation bestimmt werden können. Wir übernehmen für Sie die:

Analyse der zu messenden Struktur hinsichtlich sensitiver Stellen zur Messfaserapplikation

Auswahl der Messfaser und Herstellung der Sensorfaser 

Vorbereitung der zu messenden Struktur 

Messung an Proben in der vorhandenen Prüfmaschine oder Vor-Ort-Messung

Auswertung und Aufbereitung der Messergebnisse 

3D-Oberflächenprofilometrie

Messung von Profil, Rauheit und Schichtdicke auf jedem Material mit Nanometerauflösung

Um Abläufe und Prozesse an Oberflächen zu verstehen, stehen uns Methoden zur präzisen, hochauflösenden Oberflächenanalyse zur Verfügung. Wir führen für Sie genormte Messungen durch z. B. in Form von Rauheitsmessung an Halbzeugen oder Verschleißmessung an Maschinenteilen, mit 24 – 28.800-facher Vergrößerung. Unser konfokales Laser-Scanning-Mikroskop kombiniert dabei die Fähigkeiten eines optischen Mikroskops, eines Oberflächenprofilers und eines Rasterelektronenmikroskops. Es bietet einen Messbereich von 50×50 mm mit einer 3D-Auflösung im Nanometerbereich. Wir können kontaktlose Messungen auf jedem Materialtyp auch auf steilen oder gekrümmten Oberflächen mit bis zu 87° Grad Neigung durchführen.

Beratung und Analyse der Messaufgabe

Präparieren der Proben 

Durchführen der Messungen 

Auswerten und Aufbereiten der Messdaten

Schliffbildanalyse

Effektive Maßnahme zur Sicherung der Qualität

Die Schliffbildanalyse ist für uns ein wichtiger Bestandteil des Forschungsalltags, mit der wir z.B. Porenanalysen durchführen, den Faservolumengehalt bestimmen oder die Qualität von Verbindungen überprüfen. In unserem Labor fertigen wir für Sie Schliffbildanalysen von metallischen, nicht-metallischen und Verbundwerkstoffproben auf makro- und mikroskopischer Ebene an. Wir erstellen mit Ihnen Prüfpläne, bewerten die Aufnahmen nach mit Ihnen abgestimmten Kriterien und dokumentieren für Sie die Ergebnisse, damit Sie Fertigungsmängel rechtzeitig überprüfen und aufdecken können. Dabei legen wir Wert auf höchste Genauigkeit und Qualitätsstandards.

Beratung und Analyse der Messaufgabe

Präparieren der Proben 

Durchführen der Messungen 

Auswerten und Aufbereiten der Messdaten 

Temperaturmessung

Vielfältige Lösungen für komplexe Temperaturmessprobleme

In unseren Forschungstätigkeiten gehören verschiedenste Arten der Temperaturmessung zur täglichen Arbeit. Dadurch verfügen wir über unterschiedlichste Messtechnologien und die nötige Kompetenz für vielfältige Anwendungsgebiete, auch im industriellen Einsatz. Dafür kommen bei uns Widerstandsthermometer, Thermoelemente, Thermographiekameras und faseroptische Systeme zum Einsatz. Wir stehen Ihnen für die qualifizierte Beratung und Analyse der Messaufgabe sowie für die Durchführung der Messversuche vor Ort oder in unserem Labor gerne zur Verfügung. Wir bieten Ihnen:

Beratung und Analyse der Messaufgabe hinsichtlich einzusetzender Messmittel

Vorbereiten der Messung und des Messobjektes 

Durchführen der Messungen vor Ort oder im eigenen Labor

Auswerten und Aufbereiten der Daten als Bericht oder Präsentation 

3D-Bauteilvermessung

Präzise Digitalisierung von Objekten

Für die 3D-Vermessung Ihrer Produkte und Bauteile verfügen wir über ein präzises Messsystem und beraten Sie zu Ihren Fragen gerne. Mit den im berührungslosen 3D-Scan ermittelten Messdaten sind Sie beispielsweise in der Lage, Abweichungen von der Soll-Geometrie zu erkennen oder unbekannte oder alte Geometrien zu digitalisieren. Wir vermessen für Sie vor Ort oder bei uns, erstellen das digitale Modell des gescannten Objektes und führen Maßhaltigkeitsanalysen zu Referenzgeometrien durch.

Lisa Reichert