Einstufige Herstellung endlosfaserverstärkter Sandwichbauteile

Von:

Christos Karatzias

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Um das Gewicht eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (FVK) noch weiter zu reduzieren, können Schaumkerne integriert und auf diese Weise ein Sandwich erzeugt werden. Bei der Verwendung von Polymerschäumen als Kernmaterial kann deren notwendige Vorkonfektionierung hohe Fertigungskosten verursachen. Innerhalb dieser Arbeit wird daher ein einstufiges Verfahren entwickelt, indem ein syntaktisches Schaumsystem basierend auf Epoxidharz (EP) als Matrixwerkstoff und expandierenden Mikrohohlkugeln als Treibmittel verwendet wird. Dadurch ist es möglich, die Schaumstruktur prozessintegriert mit der Imprägnierung endlosfaserverstärkter Deckschichten zu erzeugen. Nach Anpassung der Werkzeugtechnologie, die eine Aufschäumung und eine Imprägnierung der Verstärkungsfasern mit dem Epoxidschaumsystem ermöglicht, erfolgt anschließend die Quantifizierung der Zusammenhänge zwischen den bedeutenden Material- und Prozessparametern und den resultierenden Bauteileigenschaften für die hergestellten FVK-Sandwichbauteile. Die Untersuchungen zeigen, dass insbesondere eine kritische Masse an EP-Mikrohohlkugelgemisch existiert, mit der neben einer Massereduktion gleichzeitig eine homogene Schaumstruktur sowie eine vollständige Imprägnierung der Deckschichten durch den Expansionsdruck während der integrierten Schaumerzeugung mit einem hohen Faservolumengehalt erzeugt werden kann. Gleichzeitig werden hohe Schubeigenschaften der Sandwichbauteile identifiziert sowie durch die Verwendung optimierter Prozessparameter die Dichte weiter reduziert. Zusammenfassend wird durch die kontrollierte Aufschäumung erstmals prozessintegriert eine vollständige Imprägnierung der Verstärkungsfasern mit einer porenfreien Oberfläche erreicht, ohne dass geschäumtes Epoxidharz in die Deckschichten eindringt. Durch den Verzicht auf konventionelle Blockschäume und der damit verbundenen Kostenreduktion durch Materialeinsparung und Prozessschrittreduktion bietet die einstufige Sandwichherstellung auch wirtschaftlich einen erkennbaren Vorteil gegenüber vergleichenden Sandwichprozessen.