2K-Injektionsanlage mit Heizpresse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
1. Schnell härtende, flammgeschützte und zähmodifizierte Epoxidharzsysteme für Injektionstechnologien: Die gegenwärtig kommerziell verfügbaren Injektionsharze weisen für Anwendungen in der Luftfahrt und im Transportwesen erhebliche Defizite im Hinblick auf ihr Brandverhalten (FST = fire, smoke, toxicity), ihre Bruchzähigkeit und ihre Schadenstoleranz bzw. ihrem Schädigungswiderstand auf. Vor diesem Hintergrund war es das Ziel dieses Forschungsprojektes, Grundlagenwissen im Sinne von Struktur- Eigenschaftsbeziehungen bezüglich der Wirkungsweise von Formulierungsbestandteilen zum Flammschutz und zur Zähmodifizierung bzw. deren Kombination in modernen EP-Harzen zu erarbeiten. Die Harze sollten für Injektionsverfahren in der Luftfahrt oder im Transportwesen geeignet sein. Neuartige Ansätze wurden erprobt und wissenschaftliches Verständnis als Grundlage für die Entwicklung von innovativen Epoxidharzsystemen erarbeitet. Moderne Injektionsharze müssen anspruchsvolle Anforderungskombination erfüllen: schnell härtend, halogenfrei flammgeschützt, zähmodifiziert und in homogener Mischung verarbeitbar sein. Zur wissenschaftlichen Realisierung wurden neuartige und kommerziell nicht verfügbare Epoxidharzformulierungen dargestellt. Die RTM Injektionsanlage und Heizpresse wurden hier verwendet um vor allen Dingen die Verarbeitbarkeit modifizierter Harzsysteme im RTM Prozess zu beurteilen und den Herstellungsprozess der Verbundmaterialien im Labormaßstab nachzubilden. Weiterhin war es notwendig geeignete Proben für die Verbundcharakterisierung mit den neu entwickelten Epoxidharzsystemen herzustellen. 2. Ökoeffiziente neuartige Werkstoffe und angepasste Fertigungstechnologien für Faserverbundkunststoffbauteile in Windkraftanlagen: Ziel des Projekts war die Entwicklung neuartiger Polyurethansysteme und Compositewerkstoffe sowie darauf abgestimmter Fertigungsprozesse zur kostengünstigen Herstellung von Hochleistungsverbundbauteilen für langlebige Windenergieanlagen-Rotorblätter. Dabei sollen sich die neuen Compositewerkstoffe und Fertigungsprozesse besonders durch hohe Energie- und Zeiteffizienz sowie einen hohen Automatisierungsgrad im Produktionszyklus auszeichnen. Die angestrebte Steigerung von Energie- und Kosteneffizienz sollte insbesondere durch eine neue kostengünstige Harztechnologie erreicht werden, die sich durch einen schnelleren und gleichzeitig bei niedrigeren Temperarturen stattfindenden Härtungsverlauf auszeichnet. Das Eigenschaftsprofil dieser neuen Harze soll mindestens dem der bisher verwendeten, epoxidbasierten Systeme entsprechen. Hierfür waren die RTM Injektionsanlage und Heizpresse elementare Bestandteile zur Herstellung qualitativ hochwertiger Faserverbundmaterialien mit schnelleren Harzsystemen als Matrixwerkstoff. Des weiteren wurde die Anlage zur Probekörperherstellung für die Materialcharakterisierung verwendet. 3. Entwicklung von Metallisierungsverfahren für kryogene Speicher- und Leitungssysteme für Luft-und Raumfahrtanwendungen: Das übergeordnete Ziel dieses Projektes war die Entwicklung von Speichersystemen für tiefkalte (kryogene), flüssige Brennstoffe für Luft- und Raumfahrtanwendungen. Zukünftig soll die Bordstromversorgung mittels Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen erfolgen. Zur Versorgung der Brennstoffzellen sind Speichersysteme für flüssigen Wasserstoff vorgesehen. Die Speicherung von kryogenem Wasserstoff in Behältern aus Faserverbundmaterialien erfordert das Aufbringen von hochfunktionalen Permeationssperrschichten, die einerseits die Dichtheit des Gesamtsystems sicherstellen und andererseits die Ausgasung (aus dem Faserverbundmaterial) verhindern. Ziel war die Entwicklung metallischer Permeationssperrschichten und der zugehörigen industrialisierbaren Herstellverfahren zur Beschichtung von 3-D-Faserverbundstrukturen für kryogene Speichersysteme. Hierfür wurden auf 2-D Ebene Faserverbundmaterialen für die Metallisierung dieser Probekörper mit der RTM Injektionsanlage hergestellt. 4. Carbonnanotubes für Faserverbundwerkstoffe: Unter Zuhilfenahme der RTM-Anlage werden Untersuchungen zur Prozessierbarkeit sogennanter Hybrid-Faserverbundstrukturen im LCM-Verfahren durchgeführt. Modifizierte Harzsysteme mit Nanofüllstoffen wie Schichtsilikaten oder Kohlenstoffnanoröhrchen weisen ein verändertes Eigenschaftsprofil im unausgehärteten Zustand auf, welches eine Anpassung der Injektionsparameter notwendig macht. Das veränderte Fließ- und Imprägnierverhalten dieser gefüllten Harzsysteme stellt den Ausgangspunkt für die Untersuchungen des RTM-Verfahrens zur Herstellung der Hybrid-Faserverbundkomposite dar. Es werden Prozessstrategien zur reproduzierbaren Herstellung von Glasund Kohlefaserverbunden mit Nanomodifikatoren erarbeitet. Diese Untersuchungen werden an Modellsystemen mit verschiedenen Harzsystemen, Nanomodifikatoren, Fasern und Faserorientierungen durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Electron beam curing of composites. Hanser Publications, ISBN: 9781569904732 (2010)
F. Wolff Fabris, V. Altstädt, U. Arnold, M. Döring
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Fast curing toughened epoxy resin systems for automotive applications. ECCM14, Budapest, Hungary (2010)
A. Schmidt, M. Döring, U. Arnold, M. Henningsen, J. Krämer, V. Altstädt
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Mechanical properties of core-shell rubber particles toughened epoxy resins and composites. ECCM14, Budapest, Hungary (2010)
J. Krämer
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New halogen free flame retardants for high performance epoxy resins. 2010 SAMPE Fall Technical Conference and Exhibits, Salt Lake City, USA (2010)
J. Krämer
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Preforming quality assurance for high-performance fibre-reinforced composites. ECCM14, Budapest, Hungary (2010)
K. Starzynski, J. Krämer, V. Altstädt
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A New Halogen-Free Flame Retardant Based on 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide for Epoxy Resins and their Carbon Fiber Composites for the Automotive and Aviation Industries. Macromolecular Materials and Engineering 296(1), 14-30 (2011)
B. Perret, B. Schartel, K.Stöß, M. Ciesielski, J. Diederichs, M. Döring, J. Krämer, V. Altstädt
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Compression fatigue after impact testing of thermosetting composites. ICCE-19, The nineteenth annual international conference on composites or nano engineering, Shanghai, China (2011)
V. Altstädt, M. Kempf, S. Schwägele, A. Ferencz
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Matrix development for thermoplastic and thermosetting composites. AVK Tagung, Stuttgart, Germany (2011)
V. Altstädt
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Metallization of carbon fiber-reinforced epoxy composites. 18th International Conference on Composite Materials; Jeju Island, South Korea (August 2011)
E. Njuhovic, A. Witt, M. Kempf, S. Glöde, V. Altstädt
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Novel DOPO-based Flame Retardants in High-performance Carbon Fibre Epoxy Composites for Aviation. European Polymer Journal 47(5), 1081-1089 (2011)
B. Perret, B. Schartel, K.Stöß, M. Ciesielski, J. Diederichs, M. Döring, J. Krämer, V. Altstädt
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Processability of modern thermosetting resins for liquid composite moulding. PPS 2011,27th Meeting of the Polymer Processing Society, Marrakech, Morocco (2011)
F. Wolff Fabris, M. Kempf, J. Krämer, V. Altstädt,
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Toughened high performance epoxy resin system for aerospace applications. Science and Engineering of Composite Materials, Volume 18 (4), 209-215 (2011)
F. Fischer, U. Beier, F. Wolff-Fabris, V. Altstädt
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Influence of the composite surface structure on the peel strength of metallized carbon fibrereinforced epoxy. Surface & Coatings Technology, (2013)
E. Njuhovic, A. Witt, M. Kempf, F. Wolff-Fabris, S. Glöde, V. Altstädt
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LCM-processing and characterization of CNT modified FRC. PPS29, Nuremberg, Germany (2013)
R. Zeiler, U. Khalid, C. Kuttner, M. Kothmann, D.J. Dijkstra, A. Fery, V. Altstädt
