WPC-Werkstoffe schnell und sicher beurteilen

Fügenähte an Faser-Verbund-Bauteilen prüfen

Verbundwerkstoffe vereinen - wenn sie denn optimal in den Bauteilen eingesetzt werden - die günstigen Eigenschaften von zwei Werkstoffklassen, ohne dass deren Nachteile durchschlagen. Besondere Anstrengungen verlangt in diesen Fällen aber häufig die Qualitätssicherung. Für die Prüfung von Fügenähten lassen sich Computertomographen effektiv einsetzen - wie das Beispiel zeigt.

Mit der Entwicklung faserverstärkter Materialien ist das Kunststoff-Zentrum (SKZ) in Würzburg in der Industrie engagiert. Dabei werden nicht nur moderne Fertigungsverfahren benötigt, sondern auch neue Technologien der Mess- und Prüftechnik. Ein Beispiel für solche Entwicklungen sind Wood Plastic Composites (WPC).

Wood-Plastic-Composites thermoplastisch verarbeitbare, verstärkte Werkstoffe, die aus unterschiedlichen Anteilen von Holz, Kunststoffen und Additiven bestehen, sind seit einige Jahren in Form kommerzieller Anwendungen auf dem Markt. Diese finden häufig ihre Verwendung im Baugewerbe, aber auch in der Automobil- und Möbelindustrie. Dabei zeichnen sich diese Materialien durch ihre dreidimensionale Formbarkeit aus. Sie haben, verglichen mit traditionellen Holzwerkstoffen, eine höhere Feuchte- und UV-Resistenz und bieten gegenüber unverstärkten Kunststoffen eine deutlich höhere Steifigkeit.

Um verkaufsfähige Artikel wie Fensterrahmen, Gehäuse, Endplatten, Verbindungselemente für den Küchenbereich oder Verkleidungen für die Automobilindustrie zu produzieren, müssen häufig Fügeverfahren angewendet werden. Erprobt werden derzeit das Schweißen und das Kleben. Fehler in den Fügeflächen können allerdings Fügeverbindungen schnell zur Schwachstelle im WPC-Bauteil werden lassen und damit dessen Lebensdauer drastisch beeinträchtigen. Folglich hat die Kunststoffindustrie großes Interesse an einer Prüfung von thermisch und klebtechnisch gefügten Bauteilen.

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Ganzheitliche analysieren mit einem CT-Scan

Eongesetzt werden beim SKZ Computertomographen des Typs Exact von Wenzel Volumetrik. In der industriellen Computertomographie wird das Prüfobjekt vollständig dreidimensional rekonstruiert werden. Das ermögliche dem Prüfer, detailliert innere Strukturen und Defekte zu analysieren, ohne dabei das Objekt zu zerstören. Für den CT-Scan wird das Objekt im Computertomographen zwischen Röntgenquelle und Detektor platziert und schrittweise um 360 Grad gedreht. Nach jedem Schritt wird ein zweidimensionales Durchstrahlungsbild erzeugt, aus denen anschließend ein dimensionales Volumenmodell entsteht. Aus diesem Volumenmodell werden Oberflächendaten erzeugt, die die Basis für alle folgenden Auswertungen bilden.

Genutzt wird die Tomographie am SKZ unter anderem zur Analyse von Fügenähten an Holzfaserverbundwerkstoffen. Ausschlaggebende Kriterien sind dabei die räumliche Orientierung der Holzpartikel, Lunker, Einschlüsse und die Stoffschlüssigkeit der Naht.

Aufgrund der unterschiedlichen Dichtegrade des Matrixmaterials und der Holzfasern sind die Holzpartikel in der Schnittansicht eines Testobjekts, das per Ultraschall-Schweißung gefügt wurde, deutlich zu erkennen. Aus der visuellen Analyse solcher Schnittansichten lässt sich auf die Qualität der Schweißnaht schließen. Es ist davon auszugehen, dass senkrecht zur Schweißnaht ausgerichtete Holzpartikel eine höhere Festigkeit der Schweißnaht bewirken als parallel zur Schweißnaht liegende.

Defekte vollständig und zerstörungsfrei analysieren

In einem weiteren Analyseschritt wird die Schweißnaht auf Defekte untersucht. Einschlüsse werden in der Auswertesoftware automatisch erkannt und durch eine Farbkodierung verschiedenen Größenkategorien zugeordnet. Diese Methode ermöglicht eine vollständige und zerstörungsfreie Defektanalyse zur Beurteilung von Zahl, Verteilung und Größe der Einschlüsse. Die Ergebnisse dieser Analyse dienen der Beurteilung der Qualität und Eignung der Kombination von dem verwendeten Holzfaserverbundwerkstoff und Fügemethode.

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