Was sind Faserverbundwerkstoffe?
Faserverbundwerkstoffe (FVW) bestehen aus eingebetteten Fasern (Verstärkung) in einer Polymermatrix (Bindung). Die Kombination erreicht hohe spezifische Festigkeit (Festigkeit / Dichte) bei geringem Gewicht.
| Abkürzung | Fasern | Matrix | Anwendung |
|---|---|---|---|
| CFK | Kohlenstofffasern (Carbon) | Epoxidharz | Luftfahrt, Motorsport, Windrotorblätter |
| GFK | Glasfasern | Polyester/Epoxid | Bootsbau, Windrotorblätter, Behälter |
| AFK | Aramidfasern (Kevlar®) | Epoxidharz | Schutzausrüstung, Rüstung |
Besondere Herausforderungen bei der ZfP
- Anisotropie: Materialeigenschaften variieren je nach Faserrichtung → Schallgeschwindigkeit ist richtungsabhängig
- Hohe Dämpfung: Ultraschall wird in FVW stark gedämpft, Eindringtiefe begrenzt
- Kein Ferromagnetismus: MT ausgeschlossen
- Elektrische Leitfähigkeit: CFK leitet Strom (Kohlenstoff), GFK nicht → ET nur bei CFK begrenzt möglich
Geeignete ZfP-Methoden
Ultraschall (UT) — Hauptmethode für FVW
Immersionsprüfung oder Wasservorlaufstrecken sind Standard für CFK-Platten und -Schalen. Typische Fehler: Delaminationen (fehlende Bindung zwischen Lagen), Poren, Einschlüsse, Impactschäden. Phased Array und Squirter-Systeme für automatisierte Flächenprüfung in der Luftfahrtfertigung (z. B. Airbus A350-Rumpfsegmente).
Aktive Thermografie (TT)
Blitzthermografie erfasst Delaminationen und Impact-Schäden hervorragend. Der Wärmefluss wird durch Lufteinschlüsse unterbrochen → thermischer Kontrast. Schnell und großflächig ohne Koppelmittel. Genormt nach DIN EN 16714-1 und DIN EN 17119.
Industrielle CT
Vollständige 3D-Charakterisierung von Poren, Faserausrichtung und Einschlüssen. Einschränkung: Bauteilgröße (Rekonstruktionsfeld ≤ 400 mm bei Standardsystemen). Bei CFK: Überstrahlung durch Metall-Inserts beachten.
Shearografie
Optisches Verfahren, misst Verformungsgradienten unter Last oder Vakuum. Sehr effektiv für Delaminations-Screening großer Flächen. Wird in der Luftfahrt (Rotorblätter, Ruder) eingesetzt.
Typische Fehlerbilder
- Delamination: Trennung zwischen Lagen, durch Impact, Ermüdung oder Fertigungsfehler
- Poren / Porennester: Gaseinschlüsse beim Aushärten (Autoclave-Prozess)
- Impactschäden: sichtbar (BVID = Barely Visible Impact Damage) oder verdeckt
- Harzreiche/-arme Zonen: ungleichmäßige Faserverteilung
- Faserorientierungsfehler: Falsch gelegte Lagen
Normenlage
Eine allgemeine ZfP-Norm speziell für FVW fehlt noch weitgehend. Angewendet werden: prEN 4179 (Luftfahrt), ASTM E2533 (UT-Standard für Composites), interne OEM-Spezifikationen (Airbus AITM, Boeing BMS). ISO/ASTM 52900 adressiert Additive Fertigung mit FVW-Vorläufern.