Per le prove meccaniche a temperatura criogenica il Fiber Institute Bremen e.V. si affida a ZwickRoell
Case Study
- Cliente: Fiber Institute Bremen e.V.
- Luogo: Brema, Germania
- Settore Industriale: Aerospace, Università/Istruzione
- Topic: Prove meccaniche a temperatura criogenica
Ottobre 2023
Durante lo sviluppo di nuovi materiali in fibra e di compositi ad alte prestazioni, il Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE) supporta le aziende di vari settori industriali ad affrontare le sfide tecnologiche di domani. Per comprendere il comportamento dei materiali e la variazione delle proprietà meccaniche dei compositi in fibra a temperature criogeniche e garantire così l'affidabilità e la sicurezza dei componenti aerospaziali, il Fiber Institute, presso il sito di ricerca ECOMAT di Brema, utilizza le macchine di prova materiali ZwickRoell.
Il Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE)
Fondato nel 1969, il Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE) ha sede a Brema (Germania) - L'istituto è attivo da molti anni nel campo della ricerca e sviluppo dei materiali in fibra e delle loro applicazioni. Il suo compito principale è quello di sviluppare soluzioni innovative per l’industria, tra cui il settore automotive, edile, medicale, tessile e aerospaziale, e di contribuire al miglioramento dei prodotti in fibra in termini di sviluppo dei materiali, ottimizzazione dei prodotti, controllo qualità e miglioramento dei processi.
L'obiettivo è rafforzare le competenze dell'industria fornendo conoscenze scientifiche, competenze tecniche e soluzioni innovative. A tal fine, l'istituto si concentra sullo sviluppo di fibre innovative per tessuti tecnici e materiali compositi a base di fibre e sui relativi processi di produzione, più in generale sotto forma di progetti di cooperazione sovvenzionati con l'industria. Oltre a soluzioni su misura, i clienti del Fiber Institute Bremen beneficiano di servizi di consulenza forniti da personale altamente qualificato.
Il Fiber Institute Bremen dispone di moderni laboratori di scienza dei materiali che utilizzano metodi di prova accreditati e un'ampia gamma di impianti pilota per la produzione di fibre, la lavorazione delle materie plastiche e la produzione di CFRP.
Il task
Requisiti nella caratterizzazione dei materiali a temperature criogeniche
Presso l’istituto di ricerca e tecnologia ECOMAT di Brema, ingegneri e scienziati del Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE) lavorano in collaborazione con l'industria aerospaziale per consolidare le attività nel campo della criogenia e per caratterizzare e sviluppare i CFRP utilizzati a temperature criogeniche. Si tratta di sfide attuali per lo sviluppo di tecnologie nuove e innovative che ci permetteranno di volare senza impattare sul clima.
Per i test criogenici eseguiti a temperature criogeniche basse fino a -253 °C, deve essere garantita la riproducibilità dei risultati di prova con i test standard eseguiti nell’intervallo di temperature tra -55 °C e +120 °C - e a temperatura ambiente. Tali basse temperature rappresentano una sfida anche per i materiali utilizzati e per i sistemi di misurazione dello spostamento e della deformazione richiesti. Sarà quindi necessario sviluppare approcci diversi da quelli definiti per le prove standard a temperatura ambiente per il serraggio del provino, la misurazione precisa della forza e dello spostamento e l'orientamento della linea di carico.
La soluzione ZwickRoell
Macchine di prova materiali ZwickRoell con supporto di carico
Per soddisfare gli speciali requisiti criotecnici del Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE) per le prove in idrogeno, sono state scelte le macchine universali di prova standardizzate della gamma di prodotti ZwickRoell. Queste consentono la caratterizzazione di vari materiali anche a temperature criogeniche e garantiscono una riproducibilità dei risultati senza pari, indipendentemente dal fatto che siano richiesti carichi di prova bassi o elevati per la garanzia della qualità e la ricerca.
Per il Fiber Institute Bremen e.V., sono state selezionate dalla gamma di prodotti ZwickRoell diverse soluzioni di criostati, che consentono di eseguire test meccanici nell'intervallo criogenico utilizzando azoto liquido (LN2) a 77 K e idrogeno liquido (LH2) a 20 K.
Un supporto di carico appositamente progettato consente di immergere l’afferraggio con il provino attaccato nell'intervallo di temperatura criogenico. Il vantaggio: la massima stabilità di temperatura è garantita grazie all'apertura singola del criostato. Tutti i criostati ZwickRoell sono dotati di una finestra di visualizzazione opzionale, che consente di determinare l'allungamento e la deformazione del provino dall'esterno, senza contatto, utilizzando la tecnologia di misurazione ottica videoXtens.
Il software di prova testXpert, comodo e facile da usare, viene utilizzato per il controllo, l'acquisizione dei dati e la valutazione ed è già ampiamente utilizzato presso il Fiber Institute Bremen e.V.
Numerose possibilità per testare i materiali compositi in fibra a temperature criogeniche
"In ZwickRoell abbiamo trovato il partner perfetto e il supporto ideale per il nostro lavoro di caratterizzazione dei materiali a temperature criogeniche estreme. I sistemi di prova, orientati ai principi e alle applicazioni, dimostrano un'eccezionale competenza e si adattano perfettamente alle nostre esigenze", afferma il Dr. Ernö Nemeth, Direttore del Laboratorio del Fiber Institute Bremen e.V. a proposito della collaborazione con ZwickRoell.
I sistemi di prova consentono di eseguire molti test tipici sui compositi fibrorinforzati, come le prove di trazione, compressione e flessione, oltre alle prove per determinare la resistenza al taglio interlaminare (ILSS) e per determinare il tasso di rilascio di energia interlaminare G1c (Modo I) e G2c (Modo II). Dr. Nemeth: "La stretta collaborazione e la fiducia che hanno prevalso durante il progetto hanno ampliato in modo significativo le nostre opportunità di ricerca, rafforzando ulteriormente il nostro legame con ZwickRoell".
Il risultato
Grazie alla sua ampia gamma di prodotti, ZwickRoell è stata in grado di soddisfare al meglio i requisiti tecnici di Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE). Di conseguenza, è ora possibile per la ricerca e la collaborazione con i partner industriali dell'industria aerospaziale, eseguire test per la caratterizzazione delle proprietà dei materiali a temperature criogeniche estreme - come prove di trazione, compressione e flessione, nonché prove ILSS, G1C e G2C - con risultati assolutamente affidabili, tracciabili e riproducibili.
“ZwickRoell è un partner fondamentale nella caratterizzazione dei materiali a temperature criogeniche.
Il produttore di macchine di prova ci ha convinti e supportati durante tutto il nostro progetto, sia grazie alla sua esperienza che alla sua ampia gamma di prodotti specifici per le prove in idrogeno. I sistemi di prova appositamente progettati testimoniano la competenza del produttore e la sua sensibilità alle esigenze specifiche dell'Istituto. Infine, la professionalità e l'approccio di ZwickRoell hanno fatto progredire in modo decisivo la nostra ricerca in questo campo impegnativo.
Dr. Ernö Nemeth, Direttore del Laboratorio Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
Fiber Institute Bremen e.V. (FIBRE): Prove meccaniche a temperatura criogenica
