2 февраля 2021

Испытания композитных материалов: новые возможности с DAGE ProspectorTM от Nordson Electronics Solutions

Композитные материалы все чаще применяются вместо металлических в различных отраслях для создания более легких структур и конструкций. В то время как сталь имеет плотность 8,1 г / см3, углеродное волокно — только 1,6 г / см3 и потенциально более высокий предел текучести при том же поперечном сечении.

Основная проблема большинства армированных волокнами пластиковых композитов заключается в том, что их прочность отличается и зависит от направления волокон, проходящих через структуру. Например, в одном направлении волокна могут быть уложены друг на друга под разными углами или сплетены вместе, чтобы получить определенную структуру или «архитектуру». За счет укладки или плетения композитный материал может быть более прочным в определенных направлениях, как раз это и затрудняет проведение испытаний на прочность, которые должны доказать, что материал выдержит расчетные нагрузки.

Стандартное оборудование ограничивается одноосным нагружением при испытаниях композитных материалов. Виды испытаний композитных конструкций часто представляют собой отслаивающую или сдвигающую нагрузки.

Испытание на сдвиг

Компонент зажимается в держателе системы DAGE ProspectorTM, установленном на XY-столике, и прижимается к инструменту, измеряющему нагрузку. Все перемещения измеряются высокоточными энкодерами внутри столика, а дальнейшие измерения деформации выполняются с помощью независимых тензодатчиков, которые напрямую связаны с инструментом для испытаний.

Испытание на отслаивание

Материал можно испытать на отслаивание только отрывом по двум направлениям под углом 90° или по стороне, которая изгибается на 180° и может быть оторвана от образца.

Оснастка DAGE ProspectorTM позволяет зажимать очень мелкие детали и образцы при помощи пневматических зажимов и отделять материал строго под углом 90°, перемещая столик и инструмент по оси Z.

Эпоксидные смолы подвержены воздействию влаги, которая проникает в структуру материала через поверхность. Возможность Prospector тестировать взаимное влияние волокна и структуры слоя в микромасштабе позволяет исследовать глубину воздействия влаги на композит, а не только проверять объемные свойства материала.

Испытание на изгиб

На системе DAGE ProspectorTM можно применять акустико-эмиссионный инструмент, что позволяет получать дополнительную информацию при испытаниях на изгиб.

Специализированное программное обеспечение DAGE ParagonTM Materials в автоматическом режиме координирует работу Prospector и акустико-эмиссионного инструмента, сигнал запуска акустической эмиссии подается, как только достигается заданная оператором предварительная нагрузка.

Также DAGE ProspectorTM может быть оснащен микрокрюками, которые можно использовать для испытания волокон на отрыв, чтобы измерить их жесткость.

Оборудование с одноосным нагружением подходит для испытаний большинства стандартных материалов по отдельности, однако оно не подходит для испытаний и определения параметров и характеристик конечного продукта:

  • Для испытаний должны быть специально изготовлены тестовые образцы. Это требует времени, денег и не подходит для серийного производства.
  • Параметры и характеристики тестовых образцов могут отличаться от композита или структуры на готовом изделии.

С помощью DAGE ProspectorTM можно сразу испытывать конечный продукт, его компоненты и материалы на отслаивание, сдвиг, растяжение, сжатие или кручение, возможно двухосное нагружение для проверки в смешанном режиме:

  • испытывается готовое изделие, а не специально изготовленный тестовый образец;
  • испытание на отслаивание строго под углом 90°;
  • дополнительная информация при испытаниях на изгиб за счет применения акустической эмиссии;
  • динамический нагрев объекта исследований от −50 до +155 °C;
  • испытания по осям X, Y и Z с контролем нагрузки и смещения.