Interlaminare Scherfestigkeit (ILSF) / Interlaminar shear strength (ILSS) nach ASTM D2344
Die interlaminare Scherfestigkeit ILSF (ILSS interlaminar shear strength) von faserverstärkten Verbundwerkstoffen beschreibt die Schubfestigkeit zwischen Laminatebenen von Composite und wird im Kurzbiegeversuch ermittelt. Die Durchführung der Prüfung wird in den Normen ASTM D 2344, EN 2563 oder EN ISO 14130 beschrieben.
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Ziel des ILSS Tests & Durchführung nach ASTM D2344
Bei Laminaten mit spröder Matrix, z.B. aus Epoxydharz, wird die interlaminare Scherfestigkeit üblicherweise im Kurzbiegeversuch (SBS) ermittelt. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass in einem Biegeversuch immer auch Schubspannungen auftreten. Bei geringem Auflagerabstand im Vergleich zur Probekörperdicke sind die auftretenden Schubspannungen im Vergleich zu den durch das Biegemoment erzeugten Normalspannungen sehr groß. Auf diese Weise kann bei spröden Matrixwerkstoffen ein Schubspannungsbruch erzeugt werden, der die Messung der Scherfestigkeit ermöglicht.
Je nach Bruchart kann auf diese Weise die Schubfestigkeit des Matrixwerkstoffs oder die Güte der Faser-Matrix Anbindung charakterisiert werden.
Die Durchführung des Kurzbiegeversuches kann nach verschiedenen Normen wie ASTM D 2344, EN 2563 oder EN ISO 14130 erfolgen. Probenlänge, Probenbreite und Stützweite sind für die nominelle Probengeometrie im Verhältnis zur Probendicke definiert, wobei sich die definierten Verhältnisse in den jeweiligen Normen unterscheiden. Auch die Angaben für die Durchmesser von Druckfinne und Auflager sind jeweils unterschiedlich.
Die Prüfmethode ist relativ simpel in der Anwendung und erfordert ein einfaches Werkzeug, das über gute Ausrichtmöglichkeiten und einer exakten Mittenzentrierung des Biegestempels verfügt. Aus diesem Grund wird das Verfahren häufig zur Qualitätsüberwachung eingesetzt und eignet sich zum Vergleich von Werkstoffen.
Das Verfahren liefert jedoch nur scheinbare Schereigenschaften, da in der Nähe der Biegefinne üblicherweise Druckspannungsspitzen auftreten, die das gemessene Ergebnis beeinflussen.
Proben und Abmessung beim Messen der interlaminaren Scherfestigkeit (ILSS)
Prüfung von Standard-Laminaten:
- In der Materialentwicklung werden üblicherweise Standard-Laminate von 2 mm Dicke geprüft. Je nach anzuwendender Norm beträgt der Auflagerabstand dann 8 oder 10 mm und muss mit einer Genauigkeit von bis zu ± 0.1 mm eigestellt werden. In Bezug auf die Mittenzentrierung der Druckfinne definiert die Norm EN 2563 mit ± 0.02 mm eine sehr enge Toleranz.
- Die Prüfwerkzeuge von ZwickRoell können sowohl in Bezug auf Mittenzentrierung und Auflagerabstand, wie auch in Bezug auf die Parallelität der Auflager komfortabel und exakt diese Arbeit verrichten.
Prüfung von Laminaten aus fertigen Strukturen:
- Laminate aus Profilen, Platten oder Bauteilen liegen oft in anderen Dicken vor. Hier ist es wichtig, dass das Verhältnis des Auflagerabstands zur Laminatdicke eingehalten wird. Dazu muss der Auflagerabstand mit geringem Aufwand exakt bei jeder Prüfserie einstellbar sein und eine einmal justierte Mittenzentrierung beibehalten werden.
- Das ILSS-Werkzeug von ZwickRoell ist für diesen Zweck mit einer gegenläufigen Spindel ausgestattet. Die Auflager können so auf den gewünschten Abstand unter beibehalten des Mittelpunkts eingestellt werden. Definierte Messflächen an den Seiten der Auflager erlauben die exakte Kontrolle des Abstands.
Berechnung der interlaminaren Scherfestigkeit
Für die Berechnung der interlaminaren Scherfestigkeit (ILSF) bzw. (ILSS) wird nebenstehende Gleichung herangezogen, mit
- Fm = Maximale Druckkraft in Newton
- B = gemessene Probenbreite
- d = gemessene Probendicke
Prüfvorrichtung zur Ermittlung der interlaminaren Scherfestigkeit ILSS
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Anwendungsbereich: Bestimmung der interlaminaren Scherfestigkeit (ILSS) nach ASTM D2344, EN 2563, ISO 14130, EN 2377
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Funktionsbeschreibung: Die Vorrichtung ist eine 3-Punkt-Biegevorrichtung. ILSS-Versuche sind ein typisches Verfahren zur Qualitätsüberwachung. Sie eignen sich zum Vergleich von Werkstoffen. Durch den geringen Auflagerabstand ist es besonders wichtig, den Biegestempel exakt zu den Biegefinnen auszurichten. Dies wird durch den Biegestempelarm gewährleistet. Der Arm kann zum Einbau der Probe fixiert werden. Des Weiteren kann bei Prüfungen in Temperierkammern ein Temperatursensor in Probennähe am Biegestempelarm befestigt werden. Das Auflager-Dicke-Verhältnis ist mit 10 mm sehr kurz. Dadurch treten in der Probe hohe Scherkräfte und relativ geringe Biegemomente auf. Das Verfahren liefert nur scheinbare Schereigenschaften, da in der Nähe der Biegefinne Spannungsspitzen auftreten.
Vorteile der ILSS-Prüfvorrichtung von ZwickRoell:
- Präzise Zentrierung von Biegefinnen zu Biegestempel
- Einfache Verstellung der Biegefinnen
- Klemmmöglichkeit für Temperier-Sensor in Probennähe
- Kräfte bis 20 kN möglich
- Schnell wechselbare Biegefinnen und Biegestempel
- Bei wechselnden Laminatdicken können durch die optional erhältliche Spindelverstellung die Biegefinnen schnell und präzise eingestellt werden
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Häufig gestellte Fragen zur Scherfestigkeit / Interlaminaren Scherfestigkeit
Die Ermittlung der interlaminaren Scherfestigkeit von faserverstärkten Verbundwerkstoffen wird für die Qualitätsüberwachung scherbeanspruchter Bauteile herangezogen. Die interlaminare Scherfestigkeit (ILSF) (bzw. ILSS = interlaminar Shear Strength) beschreibt die Schubfestigkeit zwischen Laminatebenen von Composite.
Für die Berechnung der interlaminaren Scherfestigkeit wird folgende Gleichung herangezogen, mit
Fm = Maximale Druckkraft in Newton
B = gemessene Probenbreite
d = gemessene Probendicke
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