Prüfmethodenentwicklung


Luciano Avila Gray, M.Sc.

Teamleiter

Tel.: +49 (89) 289 - 15203
E-Mail: avilagray@lcc.mw.tum.de

Die Spanne der Herstellungsverfahren von Faserverbundbauteilen reicht heutzutage über die traditionellen Handauflegeverfahren bis hin zu moderneren Verfahren wie z.B. Fiber Placement und RTM-Technologien. Für solche Prozesse sowie für die stetig neu entwickelten Materialsysteme existieren oftmals keine standardisierten Prüfmethoden, so dass bisher gängige Prüfabläufe angepasst bzw. neue Methoden entwickelt werden müssen. Nachstehend werden einige der Forschungsschwerpunkte im Rahmen der Prüfmethodenentwicklung am LCC vorgestellt.

Harzinjektionstechnologien

Permeabilität und Kompaktierung von trockenen textilen Halbzeugen sind entscheidende Prozessgrößen für Harzinjektionsverfahren wie z.B. Vakuuminfusion (VARI, VAP, etc.) und RTM-Verfahren. Am LCC werden unterschiedliche Versuchsaufbauten entwickelt (1D, 2D In-Plane sowie 1D Out-of-Plane Verfahren), welche sich sehr gut ergänzen und dem LCC eine hervorragende Stellung im Bereich der Permeabilitätsuntersuchung von trockenen textilen Halbzeugen ermöglichen.

Abbildung 1: a.)Versuchsaufbau zur Bestimmung der Permeabilität und Kompaktierung von textilen Halbzeugen b.) Fließfront-Erfassung und c.) Fließfront-Entwicklung während der Analyse eines 2D Permeabilitätsversuchs

Drapierverhalten von textilen Faserverbundkunststoffen

Das Drapierverhalten von textilen Faserverbundkunststoffen ist eine wichtige Eigenschaft um Composite Strukturen mit komplexen Formen und Geometrien fertigen zu können. Für die Fertigung und Prozesssimulation gilt es das In-Plane Scherverhalten des textilen Halbzeuges zu verstehen, welches durch den sogenannten Picture-Frame-Versuch charakterisiert werden kann. Dieser Versuch dient der Bestimmung von Drapiereigenschaften wie dem Schermodul, dem maximalen Scherwinkel und dem viskosen Verhalten des jeweiligen Materialsystems.

Abbildung 2: Picture Frame Test a.) Ausgangszustand der Probe b.) Verscherung der Probe während des Versuchs c.) Universalprüfmaschine mit eingebauter Hochtemperaturkammer

Thermoplastische Werkstoffe

Thermoplastische Werkstoffe unterscheiden sich stark von duroplastischen Verbundmaterialien, bedingt durch die unterschiedliche Molekülstruktur der jeweiligen Matrixsysteme, was sich auch in deren Versagensverhalten zeigt. Darüber hinaus beeinflussen die diversen Herstellungs- prozesse für thermoplastische Verbundwerkstoffe (z.B. Thermoformen, Induktionsschweißen oder Fiber Placement Technologien) stark deren Eigenschaften.

Abbildung 3: Untersuchung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen unter dem Mikroskop

Zusätzlich zu mechanischen und thermoanalytischen Tests wird auch Mikroskopie verwendet, um thermoplastische Verbundwerkstoffe zu analysieren. Schliffbilder ermöglichen hierbei die optische Bewertung von Einflüssen auf thermoplastische Werkstoffe durch verschiedene Fertigungstechnologien sowie unterschiedliche Prozessparameter.

Fiber Placement und Charakterisierung unidirektional verstärkter Tapes

Viele Fertigungsverfahren im Faserverbundbereich verwenden flächige Halbzeuge wie Gewebe oder Gelege, die schichtweise aufgebaut ein Laminat bilden. Im Gegensatz dazu müssen unidirektional verstärkte Tapes, wie sie für Legetechnologien wie z.B. Fiber Placement, Tow Placement oder Tape Laying verwendet werden, zusätzlich in der Breite mit definiertem Bandabstand aneinander gereiht werden. Am LCC werden daraus resultierende Inhomogenitäten im Laminat wie Lücken oder Überlappungen einzelner Bänder und deren Einfluss auf die Materialkennwerte erforscht. Weiterhin werden Prüfmethoden für den lasergestützten thermoplastischen Fiber Placement Prozess entwickelt, die sowohl der Definition materialabhängiger sowie prozessspezifischer Parameter dienen.

Abbildung 4: T-Peel Versuch von thermoplastischen UD Halbzeugen a.) Universalprüfmaschine b.) Ausgangszustand der Probe c.) Probe während des Versuchs