Faserverbundwerkstoffe (eBook)

Dr.-Ing. Hauke Lengsfeld arbeitet seit 2010 bei Hexcel Composite GmbH als Technical Support Manager.Dr.-Ing. Felipe Wolff-Fabris arbeitet seit 2012 als Leiter des Europäischen Zentrums für Dispersionstechnologien am SKZ - Das Kunststoff-Zentrum.Dipl.-Phys. Johannes Krämer arbeitet seit 2012 bei der BASF SE in der Forschung.Dr.-Ing. Javier Lacalle ist seit 2014 bei M.Torres Deutschland GmbH als Projektmanager und technischer Berater beschäftigtProf. Dr.-Ing. Volker Altstädt leitet seit 2000 die Abteilung Polymer Engineering an der Universität in Bayreuth.

Vorwort 6
Danksagung 8
Inhaltsverzeichnis 10
Abkürzungsverzeichnis und.wichtige.Begriffe 14
1Einleitung 16
1.1 Werkstoffe 16
1.2 Endlosfaserverstärkte Polymere 19
1.2.1 Eigenschaftsprofil 19
1.2.2 Herstellung 21
1.2.3 Anwendungsgebiete 23
Literatur 24
2Prepregs und deren Ausgangsmaterialien 26
2.1 Aufbau und Bereitstellung 28
2.2 Matrixsysteme 30
2.3 Fasern und Textilien 33
2.4 Prepreg-Systeme 35
Literatur 39
3Prepreg-Technologie 42
3.1 Entwicklungsgeschichte 42
3.2 Einleitung: Herstellungsmethoden 44
3.2.1 Aufbau einer Prepreg-Anlage 46
3.2.2 Prepreg-Herstellverfahren 46
3.2.2.1 Hot-Melt-Verfahren 47
3.2.2.2 Lösemittel-Verfahren 52
3.2.3 Prepreg-Varianten 54
3.2.3.1 Slit-Tape 54
3.2.3.2 Tow-Preg 55
3.2.4 Einfluss von Herstellungsparametern 55
3.2.4.1 Harzgehalt 56
3.2.4.2 Imprägnierungsgrad 57
3.2.4.3 Tack 59
Literatur 61
4 Prepregs: Verarbeitungstechnologie 62
4.1 Einleitung 62
4.2 Zuschneiden von Prepregs (engl.:.cutting) 65
4.2.1 Manueller Zuschnitt 65
4.2.2 Automatisierter Zuschnitt 66
4.3 Handlaminieren von Prepregs (Hand-Layup) 70
4.4 Automatisierte Ablegeverfahren: ATL.und.AFP 73
4.4.1 Einleitung 73
4.4.1.1 Ziel der automatisierten Ablegeverfahren 75
4.4.1.2 Abläufe der automatisierten Ablegeverfahren 76
4.4.1.3 Prepregs für automatisierte Ablegeverfahren 80
4.4.1.4 Maschinenarchitektur 84
4.4.2 Automatic Tape Laying (ATL) 87
4.4.2.1 Einführung 87
4.4.2.2 Prepreg-Materialien für ATL 88
4.4.2.3 Funktionsprinzip des ATL-Verfahrens 89
4.4.2.4 ATL-Technologie und wichtige Teilsysteme 92
4.4.2.5 Auswahl der Maschinenkonfiguration für ATL-Verfahren 94
4.4.2.5.1 Maschinenarchitektur für ATL-Verfahren 94
4.4.2.5.2 Konfiguration des ATL-Ablagekopfes 96
4.4.3 Automatic Fiber Placement (AFP) 99
4.4.3.1 Einführung 99
4.4.3.2 Prepreg-Materialien für AFP 100
4.4.3.3 Funktionsprinzip des AFP-Verfahrens 102
4.4.3.4 AFP-Technologie und wichtige Teilsysteme 103
4.4.3.4.1 Maschinenarchitektur für AFP-Verfahren 108
4.4.3.4.2 Konfiguration des AFP-Ablagekopfes 109
4.4.4 Produktivität und Wirtschaftlichkeit der Ablegeverfahren 112
4.4.4.1 Ablegeproduktivität 112
4.4.4.2 Wirtschaftlichkeit der automatisierten Ablegeprozesse 115
4.5 Pultrusion 117
4.6 Hot Forming 121
4.7 Same-Qualified-Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (SQRTM) 127
Literatur 129
5 Härtungstechnologien 132
5.1 Grundlagen des Härtungszyklus 132
5.2 Autoklavhärtung 136
5.3 Härtung im Ofen 139
5.4 Quickstep™-Technologie 140
5.5 Pressverfahren 142
5.6 Induktionsverfahren 143
5.7 Mikrowellenhärtung 144
5.8 Elektronenstrahlhärtung 147
Literatur 151
6Tooling-Technologie 152
6.1 Anforderungen 153
6.2 Tooling-Materialien 155
6.2.1 Metallische Werkstoffe 156
6.2.2 Faserverbundmaterialien GFK/CFK 159
6.2.3 Andere Materialien 162
6.3 Tooling-Herstellung 164
6.3.1 Direkte Formherstellung 164
6.3.2 Indirekte Formherstellung 165
6.4 Tooling-Konzepte und Beispiele 168
6.4.1 Hot-Form-Toolings 168
6.4.2 Aushärtewerkzeuge 170
6.4.2.1 Einseitig geschlossene Aushärtewerkzeuge 174
6.4.2.2 Beidseitig geschlossene Aushärtewerkzeuge 175
6.4.3 Trennmittel und Reinigung 176
Literatur 176
7Prüfung von Prepregs 178
7.1 Charakterisierung des nicht gehärteten Prepregs 179
7.1.1 Prepreg-Flächengewicht, Harzgehalt und Faserflächengewicht 179
7.1.2 Prozentualer Harzfluss 179
7.1.3 Tack 181
7.1.4 Drapierbarkeit 182
7.1.5 Flüchtige Bestandteile – Volatiles 182
7.1.6 Viskosität 183
7.1.7 Water-Pickup-Test (WPU-Test) 185
7.1.8 Mikroskopie Schnittkantentest 186
7.2 Charakterisierung des gehärteten Prepregs 186
7.2.1 Faservolumengehalt 186
7.2.2 Messung der Glasübergangstemperatur 188
7.2.3 Cured Ply Thickness (CPT) 190
Literatur 190
8Design und Produktion 192
8.1 Bauweisen-Konzepte 192
8.1.1 Positiv/Negativ-Bauweise 192
8.1.1 Integral/Differenzial-Bauweise 194
8.1.2 Open-Mould-Konzepte 197
8.2 Einflussgrößen und Wechselwirkungen 202
8.2.1 Einflussgrößen bei der Bauteilherstellung 202
8.2.2 Wechselwirkungen bei der Bauteilherstellung 204
Literatur 214
9Fazit der Autoren 216
Die Autoren 218
Index 220

Einleitung
Ausgangswerkstoffe
Prepreg-Technologie
Verarbeitungstechnologie
Härtungstechnologie
Tooling-Technologie
Prüfung von Prepregs
Design und Produktion