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Verbundkunststoffe - Reproduzierbare Preformfertigung für textilverstärkte Kunststoffe

 
: Böhme, R.; Jansen, I.; Girdauskaite, L.

Lightweight design (2010), Nr.1, S.55-60
ISSN: 1865-4819
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IWS ()
textilfaserverstärkter Kunststoff; Kostensenkung; Trockenverfahren; Preform; Fertigungsverfahren; Fixierung; Laserstrahlerhitzen; Klebetechnik; Verfahrenseignung

Abstract
Textilverstärkte Kunststoffe (Faserverbundkunststoffe, FVK) bieten interessante technische Eigenschaften, sind aber teuer in der Fertigung. Als Alternative zur kostenintensiven Nasstechnologie mit vorimprägnierten Prepregs werden zunehmend trockene textile Preforms verwendet. Kostensenkungspotenziale finden sich unter anderem hinsichtlich einer verbesserte Reproduzierbarkeit bei den Zuschnitt-, Handling-, Stapel- und Verbindungsprozessen zur Herstellung räumlich komplexer textiler Preforms. Dazu wurden in einem öffentlich geförderten Forschungsvorhaben Möglichkeiten einer lokalen Strukturfixierung untersucht. Bei gegenwärtigen Fertigungsverfahren werden Fäden - vor allem Randfäden - verschoben oder fallen aus dem Flächenverbund heraus. Beim Einlegen der Zuschnitte in die Formwerkzeuge ist zudem häufig eine manuelle Formgebung erforderlich, was zu unerwünschten Geometrieabweichungen führen kann. Eine Verfestigung durch lokale Fixierung mittels Klebstoffen (Binder) oder Laser, unter anderem parallel zum Zuschnitt, kann eine ungewollte Veränderung der textilen Halbzeuge bei Stapel- und Formgebungsvorgängen vermeiden. Untersucht wurden Halbzeuge aus Glasfaser (GF) unterschiedlicher Bindungen, Fadenfeinheiten und -dichten sowie Halbzeuge aus Glasfaser/Polypropylen (GF/PP), die mit thermoplastischen Matrixsysteme gebunden sind. Es konnte gezeigt werden, dass bei der lokalen Fixierung kaum Haftungsprobleme zwischen der Glasfaser und den ausgewählten Klebstoffen aufgetreten sind und dass bei einer linienförmigen Fixierung der Referenzzuschnitte die Drapierbarkeit nicht eingeschränkt wird. Bei der Ermittlung des Klebstoffeinflusses auf die mechanischen Verbundeigenschaften zeigte sich, dass der Binder im Konsolidierungsprozess ohne Rückstand wieder aufschmelzen muss, sich thermisch nicht zersetzen darf und die Kompatibilität von Binder- und Matrixschmelzen zu gewährleisten ist. Zur Klebstoffapplikation können Roboter eingesetzt werden, wobei die Menge des Klebstoffeintrags so gering wie möglich sein soll, um die strukturmechanischen Eigenschaften im Verbund nicht zu verändern. Der Sprühauftrag von Schmelzklebstoffen erwies sich hier als besonders geeignet und lässt sich zudem leicht automatisieren. Beim GF/PP-Hybridgarngewebe wird die Laserstrahlung für das Fixieren genutzt, wobei der Laserstrahl den Polypropylen-Faden kurzzeitig aufschmilzt. Durch eine geeignete Parameterwahl wurde sowohl mit dem Nd:YAG- wie auch mit dem CO2-Laser eine mustergemäße lokale Fixierung erzielt und es trat auch keine signifikante Minderung der Schersteifigkeit bei linienförmiger Fixierung ein. Die ermittelte Biegespannung der Prüfproben lag bei beiden Lasern etwas unter der Referenz, vermutlich aufgrund einer Vorschädigung des PP durch Pyrolyseprozesse. Durch Arbeiten unter Schutzgas lässt sich dies teilweise vermeiden. Außerdem konnte noch nicht ausreichend geklärt werden, ob die Laserstrahlung einzelne Glasfasern zerstört. Die Fixierung mittels CO2-Laser ist in dieser Hinsicht günstiger. Im Versuch mit einer Referenzgeometrie entsprach nach Anwendung der lokalen Fixierung die Preform exakt der zu erzielenden Bauteilgeometrie (mit Ausnahme einer erheblichen Dickenänderung). Sie erwies sich als eigenstabil und konnte problemlos vom Formwerkzeug abgenommen und zwischengelagert werden. Dadurch lassen sich die Taktzeiten bei der Bauteilherstellung minimieren.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-131332.html