ISBN 978-3-8439-5605-5

978-3-8439-5605-5, Reihe Luftfahrt

Klaus Heudorfer
Taktzeitanalyse des Nasspressverfahrens zur Herstellung von Faserkunststoffverbunden

261 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2024), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Taktzeit ist eine zentrale Herausforderung beim Einsatz von Faserkunststoffverbundbauteilen (FKV) in der Massenproduktion. Beim Nasspressen, das bei Bauteilen mit geringerer Komplexität die kürzeste Taktzeit ermöglicht, füllt flüssiges Harzsystem die Zwischenräume der zweiskaligen Faserstruktur, während das Bauteil kompaktiert wird. Geschwindigkeit und Druck des Werkzeugstempels beeinflussen dabei sowohl die Kompaktierung als auch den Fluiddruck. Entscheidend sind die Viskosität des Harzsystems, der Sättigungsgrad der Faserstruktur, die Permeabilität, das Verhältnis von Fasern zu Harz und die Temperatur, die den Aushärtegrad und die Reaktionsrate bestimmt.

Experimente zeigten, dass für eine gute FKV-Qualität eine Härtungsdauer von mindestens 270 Sekunden notwendig ist. Bei 120 Sekunden Härtung war zwar die makroskopische Struktur vollständig gefüllt, jedoch traten in den Faserbündeln vermehrt Poren auf. Dies legt nahe, dass sich zunächst die Makro- und anschließend die Mikrostruktur mit Harz sättigt. Darauf basierend wurde ein Modell zur Abschätzung der Taktzeit entwickelt, das Viskosität, Reaktionsrate, Aushärtegrad, Faserbündelpermeabilität, Kapillardruck und Wärmeübertragung berücksichtigt. Bewertet wurden das Zeitfenster von der Bestückung bis zur Entformung, die Infiltrationslänge in den Faserbündeln und die maximale Temperatur.

Eine Parameterstudie mit einem schnellhärtenden Epoxidharzsystem (XB3585/XB3458) ergab, dass bereits nach 42 Sekunden eine Entformung möglich ist. Dabei betrug die Infiltrationslänge 3,7 mm und die maximale Temperatur 167 °C – ausreichend für handelsübliche Fasern wie Tenax HTS40 12K. Wichtige Prozessparameter sind die Glasübergangstemperatur bei der Entformung, die Werkzeugtemperatur sowie die Dauer der Bestückungs- und Evakuierungsphase. Eine zu kurze Evakuierung kann zu erhöhter Porosität führen, während hohe Temperaturen zu stärkeren Eigenspannungen beim Abkühlen beitragen.