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Weiterentwicklung einer Methodik zur rheologischen Untersuchung von schnellhärtenden Epoxidharzen

 
: Dietrich, Philipp
: Henning, Fraunk; Hüttl, Julian

Karlsruhe, 2019, 114 pp., XX
Karlsruhe, Inst. für Technologie (KIT), Bachelor Thesis, 2019
German
Bachelor Thesis
Fraunhofer ICT ()
Faserverbundkunststoff; Rheologie; Matrixsystem; WCM Wet Compression Molding; RTM

Abstract
Zur Reduzierung der Taktzeiten und Produktionskosten bei der Produktion von Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen werden zunehmend alternative Herstellungsprozesse zum bereits etablierten High-Pressure-RTM-Verfahren (HP-RTM) entwickelt und untersucht. Besonders vielversprechend ist das Nasspress-Verfahren, bei dem durch den Einsatz schnellhärtender Epoxidharze und die Parallelisierung von Matrixauftrag und Pressvorgang die Zykluszeiten stark reduziert werden können. Für das bessere technische Verständnis des Nasspress-Verfahrens ist es besonders wichtig das Fließverhalten und die Viskosität der Matrix während des Pressvorgangs im prozessrelevanten Temperaturfenster zu kennen. Bisher gibt es jedoch kaum geeignete Methoden, um die Viskosität der Matrix ab Erstkontakt zwischen Harz und Härter zu bestimmen. Die Gründe hierfür sind der Zeitverlust bei der Probenpräparation und bei der Injektion des Harzgemischs in ein Rheometer. In Folge dessen liegen kaum Kenntnisse zur Viskosität und zum Fließverhalten der Matrix während den ersten prozessrelevanten 10 bis 30 Sekunden vor. Um die Zeit zwischen der Mischung der Matrix und der Injektion zu reduzieren, wird eine Dosieranlage zur Dosierung und Mischung von kleinsten Mengen an schnellhärtenden Epoxidharzen zur Probenpräparation eingesetzt. Die Anlage wurde bereits in der Diplomarbeit von [Gru 17] für diesen Zweck eingesetzt und untersucht. Hierbei konnte die Zeitverzögerung auf zehn Sekunden reduziert werden. Das Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es die bestehende Methodik von [Gru 17] zu optimieren und weiter zu entwickeln, sodass die Viskosität ab dem Erstkontakt zwischen Harz und Härter gemessen werden kann. Für dieses Ziel wird die bestehende Anlage untersucht und modifiziert, damit die präparierte Epoxidharzmischung direkt in den Messspalt eines Rheometers injiziert werden kann. Zur Anwendung der optimierten Methodik wird die Dosieranlage zur Probenpräparation am Rheometer getestet. Dabei werden Viskositätsmessungen mit zwei verschiedenen Epoxidharzsystemen (Sika Biresin® CR170/CH150-3 und Dow Voraforce® 5310/5350), bei verschiedenen Temperaturen und mit unterschiedlichen rheologischen Messmethoden durchgeführt. Abschließend werden die Viskositätsverläufe der beiden reinen Epoxidharze und der reaktiven Mischungen bei prozessrelevanten Temperaturen dargestellt. Für das rotatorische, oszillatorische und kombinierte Messverfahren werden die Ergebnisse vergleichend analysiert und diskutiert und die entwickelte Methodik wird final bewertet.

 

To reduce the cycle times and production costs in manufacturing of components made of carbon fiber reinforced plastics, alternative production processes to the established high-pressure resin transfer molding (HP-RTM) are increasingly developed and investigated. Wet compression molding is a promising process and reduces cycle times in particular by using fast curing epoxy resins and parallelizing the resin application and pressing.For a better understanding of the WCM process, it is fundamental to know the viscosity of the matrix during the whole process. So far, there are no suitable methods to analyze the viscosity of a reactive epoxy system from the first contact of resin and hardener, especially for fast curing resin systems. As a result, there is less knowledge about the flow characteristics and rheological behavior of the matrix during the first process-relevant seconds. The reasons for that are the loss of time during the sample preparation and the injection of the epoxy system into the rheometer. In WCM impregnation and draping is combined into one step. Therefore, a detailed understanding of the viscosity increase of the resin system during draping and especially during the first seconds is essential because the draping behavior of the used textile may change with the increase of the viscosity.A metering unit is used to reduce the time between the mixture of resin and injection. This particular unit has already been used and investigated by [Gru 17] for the same reasons. In his scientific work [Gru 17] reduced the time to ten seconds. The aim of this scientific work is to design a suitable test setup which makes it possible to measure the viscosity from the first contact of all components, as a result of the fact that the test setup enables the possibility to inject the resin directly into the gap of the rheometer. Therefore, the metering unit is analyzed and modified.For a suitable implementation two different resin systems (Sika Biresin® CR170/CH150-3 und Dow Voraforce® 5310/5350), different temperatures, and measuring methods are tested.At the end of this work, the different diagrams of viscosity for the different epoxy resins, temperatures and measuring methods are shown and analyzed and the benefits of the test setup are conclusively rated.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-540825.html