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Eignen sich Composite Struts für den Einsatz in der Rettungsindustrie?

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Super X-Strut Heavy Duty Fahrzeugstabilisierungsstrebe 4Wenn Sie pultrudierte Verbundwerkstoffstreben aus glasfaserverstärktem Kunststoff (FRP) in Erwägung ziehen, sollten Sie Folgendes beachten. Wir möchten sicherstellen, dass Sie nicht nur mit den Vorteilen dieser Materialien vertraut sind, sondern auch mit den nicht so wünschenswerten Eigenschaften. Mit diesem Wissen können Sie eine fundierte Entscheidung über die Wahl Ihres Strebenmaterials treffen. Wir möchten Sie ermutigen, das sicherste und sinnvollste Material für Ihre jeweilige Anwendung zu wählen. Es gibt eine Reihe von Umwelt-, Handhabungs-, Lagerungs- und Anwendungsaspekten, die Sie kennen sollten und die nicht nur die Nutzungsdauer Ihrer Verbundwerkstoffstrebe verlängern, sondern Ihnen auch wichtige Informationen zur Lebenssicherheit liefern, die Sie vor einer katastrophalen Situation bewahren können. In einem Artikel der University of Missouri stellt Antonio Nanni fest, dass die Verwendung von GFK in der falschen Anwendung so ist, als würde man einen eckigen Pflock in ein rundes Loch hämmern".

Es ist gut möglich, dass Ihr Interesse an Verbundwerkstoffstreben auf den Marketing-Hype zurückzuführen ist, der Verbundwerkstoffstreben als "stärker als Stahl", nicht leitend, leicht usw. anpreist. Daran ist etwas Wahres dran, aber Sie brauchen die ganze Wahrheit, um eine fundierte Auswahl treffen zu können.

Eignen sich Composite Struts für den Einsatz in der Rettungsindustrie?

Entnommen aus: https://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a403282.pdf

In Bezug auf die Festigkeit von pultrudierten FRP-Verbundwerkstoffen im Vergleich zu Stahl haben Verbundwerkstoff-Ingenieure vorgeschlagen, dass die Querschnittsfläche des Verbundwerkstoffs etwa dreimal so groß sein sollte wie die Querschnittsfläche einer ähnlichen Stahlstruktur, um die gleiche Festigkeit zu erreichen. Mit anderen Worten: Um die Festigkeit eines quadratischen 2-Zoll-Stahlrohrs mit einer Wandstärke von 1/8" zu erreichen, bräuchte man ein quadratisches 2-Zoll-Verbundrohr mit einer Wandstärke von etwa 3/8". Einheit für Einheit ist Stahl stärker als die meisten pultrudierten FRP-Verbundwerkstoffe.

Die Abbildung oben zeigt Prototypen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (FRP) von Res-Q-Jack. Aufgrund der schlechten Testergebnisse kam Res-Q-Jack zu dem Schluss, dass dieses Material in der Rettungsumgebung keinen Platz hat.

Pultrudierte FRP-Verbundwerkstoffe sind schlecht, wenn es um die Belastung durch Querschläge geht. Dies sind Materialien, die man nicht auf Gegenstände fallen lassen oder auf die man Gegenstände fallen lassen möchte. In einem einfachen Test wurde ein rundes Gewicht von 6 Pfund aus Hüfthöhe auf ein 2,5-Zoll-Quadratstück aus pultrudiertem FRP-Verbundrohr mit einer Wandstärke von ¼ Zoll fallen gelassen. Das Material wurde durch den Aufprall zerstört. Der gleiche Test, der mit einem verzinkten Stahlrohr von 2,25" im Quadrat mit einer Wandstärke von 1/8" durchgeführt wurde, hatte kaum Auswirkungen. Ein weiteres Problem in der Welt der Verbundwerkstoffe sind Stiftverbindungen. Aufgrund der geringen Belastbarkeit der Löcher muss bei der Auswahl der Befestigungsmittel und der Konstruktion der Verbindung große Sorgfalt walten. Stifte und damit Löcher müssen einen großen Durchmesser haben, um die Traglast auf eine größere Wandfläche zu verteilen. Stahl hingegen kann einer viel größeren Traglast der Befestigungsmittel standhalten. Ein Bolzen mit einem Durchmesser von 3/8" wird bei einer doppelten Scherung die Seitenwand eines quadratischen FRP-Verbundrohrs mit einer Wandstärke von ¼" bei etwa 6.000 lbs pulverisieren. Ein quadratisches Stahlrohr mit einer Wandstärke von 1/8" hält etwa die doppelte Last aus, ohne dass das Loch beschädigt wird.

Wenn Ihre Anwendung mit Abrieb verbunden ist, sollten Sie Verbundwerkstoffe vermeiden. Pultrudierte GFK-Verbundrohre sind sehr anfällig für abrasiven Verschleiß. Der gleitende Kontakt zwischen diesem Material und einem abrasiven Material wie Asphalt, Beton oder anderen Materialien beschädigt die Oberfläche der Rohre. Die dabei entstehenden Kratzer oder Furchen entfernen den Schutzschleier, der die UV-Beständigkeit und den Faserschutz unterstützt. Die Abnutzung kann so stark sein, dass die Festigkeit der Schläuche in Frage gestellt wird. Es wurde über Abnutzung berichtet, die vermutlich durch Vibrationskontakt zwischen Strebenhalterungen und Verbundstoffstreben während des Transports verursacht wird. Bei der beobachteten Abnutzung handelte es sich um eine horizontale Vertiefung an der Rohrwandung. Die Tiefe der Vertiefung betrug etwa 1/16". Das entspricht 25% der Wandstärke bei Verwendung von ¼" Wandmaterial. Schutzhülsen, wie sie bei SCBA-Flaschen aus Verbundwerkstoffen verwendet werden, könnten eine gute Lösung für lagerungsbedingten Verschleiß sein.

Entnommen aus: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.165.1163&rep=rep1&type=pdf

Auch Feuchtigkeit kann bei Verbundwerkstoffen Probleme verursachen. Flüssigkeiten wie Wasser, Öl, Kraftstoff und Körperflüssigkeiten können in der Regel nicht in einen pultrudierten FVK-Verbundwerkstoff eindringen, wenn alle freiliegenden Oberflächen versiegelt und frei von Beschädigungen sind. Verbundstoffrohre, die für Stabilisierungsstreben verwendet werden, haben jedoch abgeschnittene freiliegende Enden, kreuzweise durchbohrte Löcher, und wenn sie in einer missbräuchlichen Umgebung wie bei der Befreiung verwendet werden, weisen sie höchstwahrscheinlich Abrieb- und/oder Schlagschäden auf. All dies sind Wege, auf denen Feuchtigkeit aus einer Wasserquelle oder einer feuchten Atmosphäre in die Matrix eindringen und die Hohlräume ausfüllen kann. Feuchtigkeit kann zu einem Aufquellen des Verbundmaterials führen. Bei eng anliegenden Teleskoprohren kann dies zu Problemen mit der Teleskopierbarkeit führen. In die Strebe eingelagerte Feuchtigkeit beeinträchtigt auch die Durchschlagsfestigkeit, indem sie die elektrische Isolierfähigkeit des Materials verringert. Je nach Alkalinität des Wassers und Fasertyp kann die Feuchtigkeit eine korrosive Wirkung auf die Fasern haben. Feuchtigkeit in Verbundwerkstoffen kann in einem Trockenofen entfernt werden.

Entnommen aus: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.165.1163&rep=rep1&type=pdf

FRP-Verbundwerkstoffe können Zusatzstoffe enthalten, die UV-bedingte Effekte verzögern. Diese schützenden Zusätze sollten einige Zeit lang gut halten, obwohl ihre Wirksamkeit mit der Zeit nachlässt. Durch eine Oberflächenbeschädigung wird die Schutzschicht jedoch entfernt, so dass die UV-Strahlung zu einem Problem werden kann. "Faserausblühungen" sind eine Form von UV-Schäden.

Entnommen aus: https://www.wernerco.com/docs/default-source/literature/gm6070-fg-techmanual.pdf?sfvrsn=dda06ff2_2

Hohe Temperaturen können bei Verbundwerkstoffen ein Problem darstellen. Dabei geht es weniger um die Lufttemperatur als vielmehr um die Asphalttemperatur und die Temperaturen in der Nähe der Oberfläche, auf der die Streben möglicherweise verlegt werden. Hohe Temperaturen können die Festigkeit von Verbundwerkstoffen verringern. Nach Angaben eines Herstellers von GFK-Rohren verringert sich die Festigkeit bei 100°F um 15%, bei 125°F um 30% und bei 150°F um 50%. Wie hoch ist die Oberflächentemperatur der Straße in Phoenix, wenn die Lufttemperatur 120°F beträgt? Eine Quelle gibt an, dass eine Lufttemperatur von 86°F bei direkter Sonneneinstrahlung eine Straßendecke mit einer Temperatur von 131°F erzeugen kann.

Bezüglich der Verwendung von pultrudierten FRP-Verbundwerkstoffen als elektrische Isolatoren: Ja, GFK-Verbundstoffe sind hervorragende elektrische Isolatoren, wenn das Material sauber, trocken und unbeschädigt ist. Wie bereits erwähnt, können Feuchtigkeit und Verunreinigungen die Isolierfähigkeit des Materials erheblich beeinträchtigen.

Unabhängig von den Problemen, die sich auf die Isolierfähigkeit auswirken können, ist es in einer elektrischen Gefahrensituation wenig sinnvoll, eine isolierte Strebe mit einem nicht isolierten Stahlendstück zu haben, das der Feuerwehrmann beim Einsteigen in das Fahrzeug festhält.

Die Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit sollten nicht nur aus den oben genannten Gründen keine Rolle spielen, sondern auch aus dem einfachen Grund, dass es absurd wäre, ein aufgeladenes Fahrzeug wissentlich zu stabilisieren. Wenn der Retter nicht weiß, dass das Fahrzeug aufgeladen ist, hat er ein Problem, wenn er einen nicht isolierten Strebenkopf in den Händen hält, während er das Fahrzeug angreift. Das Material der Strebe ist dabei unerheblich. Man muss immer noch die Herausforderung bedenken, die Basishalterung am Fahrzeug zu befestigen. Unterm Strich ist die dielektrische Festigkeit der Strebe nicht von Belang.

Vor diesem Hintergrund dürfte es nicht überraschen, dass wir die Verwendung von pultrudierten GFK-Verbundstreben für die alltägliche Fahrzeugrettung nicht empfehlen, da die Umgebung für das Material einfach zu rau ist. Diese leichten Streben können jedoch die Lösung für einen anderen spezifischen Rettungseinsatz sein, dem Sie möglicherweise begegnen. Es kann nützlich sein, einen Satz für Situationen bereitzuhalten, in denen die Streben über eine große Entfernung zum Einsatzort getragen werden müssen, wie beispielsweise in der Wildnis.

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