Prepreg-Haftfestigkeitsprüfvorrichtung (ASTM D8336)

Modell Nr. WTF-PR (Edelstahl)

Abb. 1

Abb. 1: ASTM D8336 Prepreg Tack Test Halterung

Diese kürzlich (2021) genormte Prüfmethode konzentriert sich auf die Messung der Oberflächenhaftung oder "Klebrigkeit" von teilausgehärteten (B-gestuften) duroplastischen Verbundwerkstoff-Prepregs. Die Prüfvorrichtung nach ASTM D8336 (Abb. 1) besteht aus zwei Paaren gegenüberliegender Rollen mit einem Durchmesser von 25 mm, die mit reibungsarmen Lagern am Vorrichtungskörper befestigt sind. Das vordere Walzenpaar richtet die Prepreg-Probe aus und stützt sie, während das hintere Walzenpaar für die Verdichtung der Prepreg-Probe sorgt und so den Legevorgang simuliert. Die Verdichtungskraft wird durch zwei Federn aufgebracht, die an den Enden der unteren hinteren Verdichtungswalze angebracht sind. Die Stärke der Verdichtungskraft kann durch Drehen der beiden Abdrückschrauben eingestellt werden, die die Oberteile der Verdichtungsfedern mit dem Vorrichtungskörper verbinden. Die Prüfvorrichtung wird auf dem Sockel einer Universalprüfmaschine befestigt. Das obere Ende der Probe wird in einen mechanischen Schraubstock eingeführt, der an der Kraftmessdose oberhalb der Vorrichtung befestigt ist.

Es können zwei Arten von Prepreg-Proben geprüft werden (Abb. 2), je nachdem, ob die Messung der Klebrigkeit zwischen zwei Prepreg-Schichten (Methode I) oder zwischen einer Prepreg-Schicht und einem starren Metallsubstrat (Methode II) durchgeführt werden soll. In beiden Fällen ist der Prepreg-Streifen 75 mm (3 Zoll) breit und mindestens 215 mm (8,5 Zoll) lang. Das starre Substrat, in der Regel ein Edelstahlblech, ist 80 mm breit und mindestens 140 mm lang.

Abb. 2

Abb. 2: Prepreg-Proben für die Prepreg-Zugfestigkeitsprüfung.

Vor der Prüfung ist ein Kalibrierungsverfahren erforderlich, um die Anzahl der Umdrehungen der Abdrückschrauben mit der aufgebrachten Verdichtungskraft in Beziehung zu setzen. Für die Kalibrierung wird ein L-förmiger Stahlbügel in den oberen Griff montiert und der kurze Flansch des Bügels direkt unter der Verdichtungswalze positioniert (Abb. 3). Die beiden Abdrückschrauben werden schrittweise um die gleiche Anzahl von Umdrehungen angezogen, und die daraus resultierende Kraft wird von der Wägezelle bis zu einem Wert von mindestens 100 N (22,5 lb) gemessen. Es wird eine Kalibrierkurve entwickelt, die die Anzahl der Umdrehungen der Abdrückschrauben mit der resultierenden Verdichtungskraft in Beziehung setzt.

Aktualisierte Abbildung 3-1

Abb. 3: Prepreg Tack Test Fixture mit installierter Kalibrierungshalterung.

Zur Durchführung der Prepreg-Klebeprüfung wird die zusammengesetzte Prepreg-Probe in die Prüfvorrichtung zwischen die beiden gegenüberliegenden Walzensätze eingelegt, wobei die verlängerte Prepreg-Schicht oben liegt. Diese Prepreg-Schicht wird um die federbelastete Verdichtungswalze herum nach oben verformt und in den oberen Griff eingeführt (Abb. 4). Wenn die Traverse der Prüfmaschine angehoben wird, findet ein kontinuierlicher Auftrags- und Abziehvorgang statt, bei dem das Prepreg mit einer bestimmten Kraft gegen das Substrat gepresst und anschließend bei der horizontalen Verschiebung des Substrats abgezogen wird. Die aufgebrachte Kraft und die Traversenverschiebung werden von der Prüfmaschine in zwei Phasen der Prüfung gemessen. In der ersten Phase ist das Prepreg mit einem dünnen Film bedeckt, wodurch eine geringere Kraft erzeugt wird, die nur auf Reibung und Biegung des Prepregs zurückzuführen ist. Das höhere Kraftniveau in der zweiten Phase umfasst auch das Ablösen des Prepregs von einer zweiten Prepreg-Schicht oder dem Metallsubstrat. Die Schälkraft pro Breiteneinheit erhält man, indem man die durchschnittliche Kraft der zweiten Phase von der durchschnittlichen Kraft der ersten Phase subtrahiert.

Abb. 4

Abb. 4: ASTM Standard D8336 Prepreg Tack Test Fixture, abgebildet mit Prepreg-Probe.

Die Testergebnisse sind für verschiedene Zwecke von Nutzen, einschließlich quantitativer Vergleiche der in Frage kommenden Prepreg-Materialien während des Materialauswahlprozesses. Darüber hinaus nimmt die Klebrigkeit von Prepregs mit der Zeit ab, steigt aber bei höheren Temperaturen und höherer Luftfeuchtigkeit an. Daher können die Testergebnisse zur Anpassung der Parameter des Aushärtungsprozesses verwendet werden, da vier wichtige Faktoren die Laminierung beeinflussen: Druck, Temperatur, Feuchtigkeit und Zeit außerhalb des Gefrierschranks.

Quelle für zusätzliche Informationen:

1) ASTM Standard D8336-21, "Standard Test Method for Characterizing Tack of Prepregs Using a Continuous Application-and-Peel Procedure", ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania (erstmals veröffentlicht 2021).

 

2) Adams, D.O., "Composite Prepreg Tack Testing," CompositesWorld, Vol. 8, Nr. 7, Juli 2022, S. 6-7. Online verfügbar unter https://www.compositesworld.com/articles/composite-prepreg-tack-testing.

 

3) Endruweit, A., Choong G. Y. H., Ghose, S., Johnson, B. A., Younkin, D. R., Warrior, N. A., and De Focatiis, D. S. A., "Characterisation of Tack for Uni-directional Prepreg Tape Employing a Continuous Application-and-peel Test Method", Composites Part A, Vol 114, 2018, pp. 295-306.

 

4) Crossley, R. J., Schubel, P. J., and Warrior, N. A., "The Experimental Determination of Prepreg Tack and Dynamic Stiffness", Composites Part A, Vol 43, 2012, pp. 423-434.