Testaustyökalu puristuskokeille ja lovetetuille puristuskokeille (OHC, FHC) 

Testin tarkoitus

Puristuskokeita käytetään erilaisten puristusominaisuuksien, kuten puristusmoduulin ja puristuslujuuden määrittämiseen. Niitä suoritetaan yksisuuntaisista kuiduista valmistetuille komposiiteille 0° tai 90° suunnassa, monisuuntaisille laminaateille, kuiduille, kankaille sekä kerta- tai kestomuovista valmistetuille matriisimateriaaleille.

Ehjien laminaattirakenteiden testaamisen lisäksi on olemassa koloa käyttäviä menetelmiä vaurioiden vaikutusten arvioimiseen. Lovetettuja puristuskokeita ovat esimerkiksi avoimen kolon puristuskoe (open hole compression, OHC) ja täytetyn kolon puristuskoe (filled hole compression, FHC), jossa rakenteeseen syötetty ruuvi tai pultti simuloi komposiittirakenteen ruuvi- tai niittiliitosta.

Puristuskokeet vaativat paljon näytteiden valmistelulta, kokeet suorittavalta henkilökunnalta, sekä itse testausteknologialta. Laminaattia kuormitettaessa tulee välttää leikkausjännityshuippuja ja taivutusvenymää, jotta ne eivät häiritse kiinnostuksen kohteena olevien materiaaliominaisuuksien mittaamista.

Viime vuosina on kehitetty useita eri testausmenetelmiä, joilla kullakin on omat vahvuutensa.

Puristuskoe päätyjä kuormittamalla

Tämä menetelmä perustuu ASTM D695 -standardiin, ja sitä on kehitetty edelleen eri standardeissa. Yksi sen eduista on suhteellisen yksinkertainen koeasetelma. Työkalu vaatii tukirakenteen, joka on kohdistettu täysin suoraan pystysuuntaisesti.  Tässä menetelmässä näyte asetetaan kahden puristuslaatan väliin pystysuunnassa. Tukirakenne estää materiaalia ennenaikaisesti kaatumasta taipumisen vuoksi.

Testi koostuu seuraavista kahdesta osasta:

  • Puristusmoduuli mitataan näytteestä ilman näytteen päiden apuliuskoja. ja venymä mitataan venymäliuskalla.
  • Puristuslujuuden mittaamiseksi näytettä vahvistetaan kiinnittämällä näytteen päihin apuliuskat. Tämä estää materiaalia ennenaikaisesti kaatumasta päätyjen kuormituspisteissä.
Menetelmä on kuvattu mm. ISO-, ASTM-, EN- ja DIN-standardeissa. Eri toistokerroilla samana pysyvän puristusmoduuli-arvon tuottaminen on yleensä helppoa, kunhan testi suoritetaan oikein. Sen sijaan puristuslujuuden saamat arvot usein vaihtelevat melko paljon toistokertojen välillä.

Puristusmoduulin mittaaminen: Toistettavien puristusmoduuli-arvojen saaminen onnistuu, kun näytteen venymäarvot ovat pieniä. Jos venymäarvot ovat suuria, näytteen halkeaminen päätyjen kuormituspisteissä rajoittaa merkittävästi testimenetelmää.

Näytteen päiden tukiliuskojen käyttäminen vahvistaa näytettä etupuolelta päiden kuormituspisteissä. Tämä ohjaa näytteen murtuman tapahtumaan halutusti mittausalueella. Ennen näytteen lopullista murtumista esiintyy alustavaa delaminoitumista, mikä näkyy myös testin kuvaajassa. Tämä menetelmä edellyttää näytteen etupinnan hyvin tarkkaa käsittelyä. 

Puristuskoe yhdistetyllä päätyjen kuormittamisella (yhdistetty puristuskuormitus)

Tämä menetelmä soveltuu kuitukomposiittien testaamisen korkeammilla kuormituksilla, kuten testatessa poikkipinta-alaltaan suuria näytteitä. Osa puristusvoimasta kohdistetaan näytteeseen kiinnittimien kautta, loppuosa voimasta kohdistetaan näytteen päätyihin. Näytteen pituus täsmätään tarkasti kiinnittimien leukojen pituuteen, ja se on suurempi kuin yksinkertaisessa päätyjen puristuskokeessa. Päätyjen kuormituskokeiden tapaan näytteen päiden käsittelylle on asetettu erittäin tiukat vaatimukset.

  • ASTM D6641 -standardi ja ISO 14126 -standardin menetelmä 2 määrittävät mekaanisen testaustyökalun, joka koostuu neljästi osasta, jotka on liitetty toisiinsa ohjauspylväiden avulla. Sulkuvoima aikaansaadaan kahdeksalla ruuvilla, jotka kiristetään momenttiavaimella. Näyte ja siihen kiinnitetty testaustyökalu asetetaan koestuskoneeseen kahden puristuslaatan väliin.
  • Tätä menetelmää on sittemmin kehitetty eteenpäin, ja se kuvataan Airbus:in standardissa AITM 1.0008 (vuoden 2010 versio), jossa on kuvattu sekä leikkauskuormitus että yhdistetty kuormittaminen. Kiinnitysvoiman kohdistamista on kuvattu periaatteella yhdenmukaisesti kohdistuva hydraulinen kiinnitysvoima. Tutkimusten mukaan murtumasta saadaan parempi kuva, kun kiinnittimen leukojen oikeanlaisella suunnittelulla onnistutaan välttämään jännityshuiput kiinnitetyn alueen ja kiinnityksestä vapaan alueen välissä. Airbus-standardissa tätä kuvataan käsitteellä "pehmeä kuormittaminen" (soft load introduction). 
  • IMA Dresdenin kehittämä ja patentoima HCCF-testaustyökalu täyttää ASTM D6641 -standardin vaatimukset. Tässä puristustyökalussa kiinnitysvoima aikaansaadaan hydraulisesti, ja sen säätö tapahtuu paineen avulla.
  • Säännöllisesti puristuskokeita suorittaville laboratorioille tämä testaustyökalu tarjoaa erinomaisen pääsyn näytteen luo edestä, ja se on myös helppo käyttää ja puhdistaa.
  • HCCF-testaustyökalu täyttää AITM 1.0008 -standardin vaatimukset. Airbus on testannut ja hyväksynyt työkalun Bremenissä.
Ylös