CFK ist mit bekannten Risiken verbunden
Bauteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) werden in der Luft- und Raumfahrt- sowie in der Automobilindustrie aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften immer häufiger eingesetzt, vor allem wegen des guten Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht.. CFK-Bauteile werden hergestellt, indem mehrere unausgehärtete Harz-/Faserlagen übereinander gelegt werden.. Nach der Verlegung wird das Material ausgehärtet und die Lagen verschmelzen. Lagen und verleiht dem Material seine endgültigen Eigenschaften. Vor der Endmontage ist es oft notwendig, Befestigungslöcher in CFK-Bauteile zu bohren, was zu einer Trennung der Lagen, der so genannten Delamination, führen kann. Diese Delamination kann erzeugen Schwachstellen und führen zu einem vorzeitigen Versagen der Teile und sind eine der Hauptursachen für den kostspieligen Ausschuss von Teilen in Herstellung. Dieser Bericht, von das Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) der Universität Sheffield wurde unternommen um der Industrie bei der Entwicklung wirtschaftlicher Methoden zur Kontrolle bohrungsinduzierter Delaminationen zu helfen.
Unser Delaminierungsansatz bietet eine bessere Lösung
Die Delamination wird sowohl in der Industrie als auch in der Wissenschaft mit dem ‘Delaminationsfaktor’ quantifiziert‘. Diese dimensionslose Kennzahl ist definiert als das Verhältnis zwischen dem maximalen delaminierten Durchmesser und dem Lochdurchmesser. Die maximal delaminierter Durchmesser ist definiert als der Durchmesser des Kreises, der alle alle die Delamination einschließt und dessen Mittelpunkt mit dem Lochmittelpunkt zusammenfälltDies ist eine 2D Bewertung während die Delamination ist 3D. Die Verwendung einer Bruker Alicona μCMM ermöglicht die Bestimmung von Tiefen- und Formfaktoren die werden anzeigen ob der Schaden nur auf die Oberflächenschicht beschränkt ist oder ob auch die tieferen Strukturschichten betroffen sind. Die Messaufgabe bestand darin, sowohl ein hochwertiges 2D-Bild als auch einen Focus Variation 3D-Scan der Oberfläche um ein Bohrloch herum aufzunehmen. Das 2D-Bild ermöglichte die Berechnung des Delaminationsfaktors, während der Focus Variation 3D-Scan die Untersuchung der maximalen Tiefe der Delamination ermöglichte. Bei der Probe handelt es sich um einen Stapel aus Metall und kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFK), der typisch für die in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendeten Montagestrukturen ist. Für diese Anwendung werden sowohl ein 2D-Bild als auch ein 3D-Fokusvariationsscan. Das 2D-Bild war ein Bildfeld mit einer Anzahl von 9 Zeilen x 9 Spalten. Mit einer geeigneten lateralen und vertikalen Auflösung wurden die Scans sowohl in 2D als auch in 3D erstellt.
Die Auswertung dieser Daten ergab eine maximale Delaminierungstiefe von 131 µm. Die ungefähre Dicke der ausgehärteten Lagen dieses Materials betrug 250 µm. Dies zeigt, dass die Oberflächen-Delamination nur auf die Oberflächenschicht beschränkt ist und sich nicht in die Strukturschichten ausbreitet. Zusätzlich zu der Delamination ist in den 3D-Daten deutlich ein Schachbrettmuster zu erkennen. Dies zeigt die Verflechtung der CFK-Oberflächenlage und deutet darauf hin, dass die Oberfläche an der Wergverflechtung bis zu 120 µm unter der Nennoberfläche liegen kann.
Bruker Alicona μCMM System
Delamination durch das Bohren von Verbundwerkstoffen ist ein weit verbreitetes Problem in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Die qualitativ hochwertige Ausgabe des Bruker Alicona μCMM-Systems in Verbindung mit seiner Fähigkeit, schnell mehrere Löcher zu scannen, bietet die Möglichkeit, eine zuverlässige automatisierte Methode zur Prüfung von Delaminationen in Bohrungen zu entwickeln.
