Interlaminare Scherfestigkeit

Interlaminare Scherfestigkeit

Zur Bestimmung der interlaminaren Scherfestigkeit (ILSF) von faserverstärkten Verbundwerkstoffen wird als typisches Verfahren zur Qualitätssicherung der Kurzbiegeversuch (short beam test) herangezogen. Bild 1 zeigt eine Prüfvorrichtung (Wyoming test fixture) mit Prüfkörper als Zusatzeinheit für eine Universalprüfmaschine, die in 3- und 4-Punkt Biegeanordnung genutzt werden kann.

Bild 1:

Prüfvorrichtung mit Prüfkörper für Kurzbiegeversuch

Die mit dem Kurzbiegeversuch ermittelte scheinbare Scherfestigkeit ist die in der neutralen Faser des Prüfkörpers vorliegende maximale Schubspannung im Moment des ersten Versagens. Es wird der Widerstand gegen interlaminare Scherbeanspruchung parallel zu den Lagen des Laminates bestimmt, der Aussagen über die Faser/Matrix-Anbindung liefert. Die Durchführung der Prüfung kann nach ASTM D 2344 oder nach DIN EN 2563 erfolgen, die sich im geforderten L/d-Verhältnis, der Prüfkörperlänge, den Auflagerabmessungen und den Prüfgeschwindigkeiten unterscheiden. Die schematische Darstellung der Prüfanordnungen und die Prüfkörpergeometrien sind in den Bildern 2 a und b dargestellt.

Bild 2:

Schematische Darstellung des Kurzbiegeversuches nach ASTM D 2344 (a) und DIN EN 2563 (b)

Die interlaminare Scherfestigkeit wird entsprechend der nachstehenden Gleichung berechnet.

$\tau _{12}\,=\,{\frac {3}{4}}\,{\frac {F}{B\cdot d}}$

mit

F		Druckkraft
B		Breite
d		Dicke

Diese Prüfung eignet sich für die Qualitätsüberwachung scherbeanspruchter Bauteile, da nur kleine Prüfkörper herausgearbeitet werden müssen.

Literaturhinweise

• ASTM D 2344/ D 2344 M (2013): Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and their Laminates
• DIN EN 2563 (1997-03): Luft- und Raumfahrt – Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe – Unidirektionale Laminate; Bestimmung der scheinbaren interlaminaren Scherfestigkeit
• DIN EN ISO 14130 (1998-02): Faserverstärkte Kunststoffe – Bestimmung der scheinbaren interlaminaren Scherfestigkeit nach dem Dreipunktverfahren mit kurzem Balken
• Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: Grellmann, W.; Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2011) 2. Auflage, S. 560–561, (ISBN 978-3-446-42722-8; siehe AMK-Büchersammlung unter A 12)