2-dimensionales Imprägnierverhalten hochviskoser Thermoplaste in ebenen Faserstrukturen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
lm Rahmen des Projektes wurden grundlegende Untersuchungen zur Auswirkungen eines 2D-Temperaturprofils auf den lmprägnierungsprozess durchgeführt. Ein bedeutender Bestandteil der Analyse bestand in der Erfassung der auf das Laminat wirkenden Druckverteilung während der lmprägnierung. Dabei wurden einerseits maschinenbedingte Effekte gezeigt. So steigt der Druck von der Materialeinlaufseite zum Auslauf stetig an und in der Werkzeugmitte (Prozessrichtung) liegt stets ein höherer Druck als am Werkzeugrand vor. Andererseits wurden auch Effekte ermittelt, welche durch den lmprägnierungsprozess und das verwendete Material verursacht werden. So liegt im Übergangsbereich von der Heiz- zur Kühlzone ein Bereich vor, der aufgrund des Materialschrumpfs nahezu keinem Druck ausgesetzt ist. Hinsichtlich des Einflusses eines 2D-Temperaturprofils konnte folgender Zusammenhang ermittelt werden. lm Gegensatz zu einem homogenen Temperaturprofil steigt der Verarbeitungsdruck in den Bereichen an, in denen die Temperatur niedriger ist. Ursache hierfür ist die höhere Matrixviskosität und damit die schwierigere lmprägnierung. Bei der anschließenden durchgeführten Analyse der lmprägnierungsqualität konnten primär drei Kernaussagen ermittelt werden. Zum einen besteht ein Unterschied in der Luftverdrängung in Prozessrichtung und quer zur Prozessrichtung. Bei Verwendung einer niedrigeren Temperatur im Randbereich wird die Luftverdrängung seitwärts erschwert. Zum anderen konnte gezeigt werden, dass der drucklose Übergangsbereich von der Heiz- zur Kühlzone zu einem signifikanten Porenwachstum führt. Weiterhin wurde gezeigt, dass das Vorliegen einer Druckspitze nahe dem Pressenausgang zu einer deutlichen Reduktion des Porengehalts führt, obwohl die Polymertemperatur bereits unterhalb der Schmelztemperatur liegt. Ob die eingeschlossene Luft nun aus dem Laminat verdrängt wurde oder ob die Poren lediglich sehr stark kompaktiert wurden, konnte nicht geklärt werden. Daher wurde zur Analyse des Matrixflusses und des Lufttransports im weiteren Projektverlauf ein spezielles Presswerkzeug entwickelt, welches die Betrachtung des lmprägnierungsvorgangs online ermöglicht. lm Rahmen des Projektes wurden die bestehenden Prozessmodelle auf den 2-dimensionalen Fall erweitert. Diese ermöglichen für unterschiedliche Prozessparameter zum einen die Berechnung der resultierenden Temperaturverteilung im Laminat und zum anderen die Bewertung der lmprägnierungsleistung. Nach erfolgreicher lmplementierung eines Materialmodells ist weiterhin die thermisch-mechanische Simulation der Anläge für unterschiedliche Prozessparameter möglich, so dass der Einfluss einer konstrüktiven Anpassung des Werkzeugdesigns ermittelt werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- lnfluence of lnhomogeneous Tool Temperature on the lmpregnation Pressure of the Continuous Compression Molding Process. 18th Proceedings: ICCM, Jeju Island, Korea, 21.-26. August 2011
Christmann M; Mitschang P
- DE 1020121A1016.1: Verfahren zur Herstellung eines profilierten Faserverbundhalbzeuges, 2012
Christmann, M.
- Manufacturing of Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Profiles. In: Manufacturing techniques of polymer matrix composites (PMC). Edited by Suresh G. Advani and Kuang-Ting Hsiao, WoodheadPubtishing, 2012
M. Christmann, P. Mitschang
