Für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt ist häufig ein hohes Maß an Maßhaltigkeit erforderlich. Um polymere Verbundwerkstoffe für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt zu bewerten, müssen die Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) und der Feuchtigkeitsausdehnungskoeffizient (CME) bestimmt werden.

Der Feuchtigkeitsausdehnungskoeffizient (CME) ist definiert als das Verhältnis zwischen der Änderung der Dehnung und der Massenänderung aufgrund der Feuchtigkeitsdesorption oder -absorption. Für die Bestimmung des CME müssen die Längenänderung und der Massenverlust mit hoher Genauigkeit gemessen werden.


Die Herausforderung

Die Quellung/Schrumpfung von CFK durch Feuchtigkeitsaufnahme/-freisetzung ist sehr gering - CME-Werte von CFK liegen im Bereich von <5E-5/wt% H2O in Faserrichtung und etwa 1E-3/wt% H2O senkrecht zu den Fasern - und daher können Daten zur Längenänderung nur mit hochauflösenden/hochgenauen Messsystemen gewonnen werden.

Abgesehen von der Notwendigkeit einer hohen Genauigkeit ist der Prozess des Massenverlustes und der Schrumpfung aufgrund des Feuchtigkeitsverlustes sehr langsam. Je nach den verschiedenen Materialparametern kann der Prozess von der vollständigen Sättigung bis zur vollständigen Trocknung Wochen und Monate dauern. Die Messung des gesamten Bereichs des Feuchtigkeitsgehalts ist extrem zeit- und damit kostenintensiv und verringert die Messgenauigkeit aufgrund der Zeitdrift der Messsysteme.


AACs-Lösung

AAC bestimmt CME durch Messung der Längenänderung und des Massenverlustes von Proben in situ im Vakuum. Die Längenänderung wird mit zwei Laserinterferometern bestimmt, von denen eines auf das vordere und eines auf das hintere Ende der Probe gerichtet ist, die mit einem Thermostat thermisch stabilisiert wird. Dennoch wird die Temperaturverteilung in der Vakuumkammer mit pt100-Thermowiderständen gemessen, um die effektiven Messfehler aufgrund von WAK abzuschätzen. Der Massenverlust wird mit einer hochauflösenden Waage bestimmt, die in einer Vakuumkammer betrieben und online aufgezeichnet wird. Das Verhältnis von Längen- zu Massenänderung ist der CME in m/m/wt% H2O.

Der Hauptvorteil der AAC-CME-Prüfmethode ist eine hochpräzise Messung innerhalb weniger Tage eines Prozesses, der normalerweise Wochen oder Monate dauert. AAC misst den Massenverlust im Vakuum mit einer Genauigkeit von 1 µg und die Längenänderung mit einer Genauigkeit von 10 nm. Beide Messungen werden im Vakuum durchgeführt und kommen daher den realen Weltraumbedingungen sehr nahe.

Feuchtigkeitsausdehnungskoeffizient (CME) Testmethoden, angeboten von AAC


Sind Sie an weiteren Informationen oder an einer Messung der Feuchtigkeitsausdehnung interessiert? Nehmen Sie Kontakt mit unserem Expertenteam auf office@aac-research.at oder besuchen Sie uns unter Luft- und Raumfahrt und fortgeschrittene Verbundwerkstoffe: Raumfahrttechnik und -technologie