Einfluss der Preformtechnik auf die 3-D-Permeabilität bei Flüssigimprägnierverfahren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes konnte sowohl die Überarbeitung der Ultraschall-Messzelle zur ungesättigten Permeabilitätsmessung in Dickenrichtung, als auch die Neukonstruktion einer Messzelle zur gesättigten Bestimmung der Permeabilität in Dickenrichtung, inklusive hydrodynamischer Kompaktierung, durchgeführt werden. Beide Messzellen haben sich bei den Messungen bewährt und liefern zuverlässige Messwerte. Mit Hilfe der Messzellen können in einem sehr großen Faservolumengehaltsbereich Permeabilitätsmessungen durchgeführt werden. Hierbei weisen die Messwerte, bedingt durch die verbesserte Schallübertragung, eine nur geringe Standardabweichung bei sehr guter Wiederholgenauigkeit auf. Auf Basis der Messwerte ist es für den Anwender möglich, Materialien, anhand der jeweiligen Prozessanforderungen, auszuwählen. Die neuentwickelte Messzelle bietet dabei erstmals die Möglichkeit in Echtzeit eine Kontrolle des FVG durchzuführen, wodurch auch bei sehr geringem FVG Messungen möglich werden. Neue Einblicke in die Imprägniervorgänge bei Verfahren wie Vacuum Assisted Resin Infusion (VARI) und ARTM werden so ermöglicht. Die neue Messzelle bietet in dieser Hinsicht sehr großes Potenzial für tiefergehende Untersuchungen und kann dazu beitragen Dickenpermeabilitätsmessungen genauer und zuverlässiger zu machen. Es konnte eine Verifikation der halbellipsoiden Fließfrontausbreitung in der Probe mittels Short-Shot-Versuchen durchgeführt werden. Diese bestätigen die Annahmen zur Berechnung der Permeabilität mit dem Gesetz von D’Arcy. Allerdings wurde auch gezeigt, dass bspw. bei Einbringung von Nähten alternative Technologien angewendet werden müssen, da die Fließfrontverfolgung zu komplex wird. Die Auswirkungen, die durch das Einbringen von Nähten oder Binder auf die Permeabilität der Probe in Dickenrichtung entstehen, konnten ebenfalls erfolgreich untersucht werden. Dabei wirkt sich das Nähen steigernd auf die Permeabilität aus, während der Binder zu einer verringerten Permeabilität führte. Auch das Kompaktierungsverhalten wird stark beeinflusst. Weiterhin wurde der Einfluss verschiedener textiler Parameter auf die Dickenpermeabilität untersucht. Auch hier wurden wichtige Erkenntnisse erzielt. Insgesamt wurde dieser Schwerpunkt des Projekts erfolgreich bearbeitet und die Ergebnisse helfen bei der Auslegung von Textilien und Preforming- bzw. Imprägnierprozessen. Mit Hilfe der angefertigten 3D-µCT-Aufnahmen und der Bildverarbeitungssoftware MAVI (FhG-ITWM) war es möglich, die globale Permeabilität einer Probe relativ präzise theoretisch zu bestimmen. Es wurde gezeigt, dass der FVG einen Einfluss darauf hat, welches Quantil der Porengrößenverteilung die Permeabilität bestimmt. Eine richtungsabhängige Vorhersage der Permeabilität ist nicht möglich. Mit Hilfe der 3D-µCT-Aufnahmen konnten im Rahmen des Projekts auch Hinweise auf die Veränderung des Garnquerschnitts bei der Kompaktierung bestätigt, sowie Untersuchungen zu Nestingprozessen und die genaue Messung von Ondulationswinkeln durchgeführt werden. Während des Projekts traten nur unwesentliche Abweichungen von den Erwartungen auf, die auf das Gesamtergebnis letztendlich keine Auswirkungen hatten. Insgesamt kann das Projekt daher aus wissenschaftlicher Sicht als sehr erfolgreich betrachtet werden. Die Erkenntnisse sind für das IVW weit über das Projekt hinaus verwertbar. Zusätzlich konnten neue Themen, wie die hydrodynamische Kompaktierung, erfolgreich angestoßen werden. Dadurch kann die Forschung in diesem Feld weiter zur Ausweitung der Nutzbarkeit von Verbundwerkstoffen in verschiedensten Branchen und Industrien beitragen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Correlation of permeability values with flow channel diameters determined by 3D-image analysis of a woven textil. FPCM10, Monte Verità, Ascona, CH, 2010
Rieber, G., Wirjadi, O., Mitschang, P.
- Einfluss von textilen Parametern auf die Permeabilität von Multifilamentgeweben für Faserverbundkunststoffe. TU Kaiserslautern, 2011
Rieber, G.
- Influence of textile parameters on the through-the-thickness permeability of woven textiles. FPCM 11, Auckland, 2012
Mitschang, P., Glawe, M., Kreutz, D., Rieber, G., Becker, D.
- Influence of textile parameters on the in-plane Permeability, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 52, pp.89-98, 2013
Rieber, G., Jiang, J., Deter, C., Chen, N., Mitschang, P.
- Preform compaction and deformation during through-the-thickness impregnation. ICCM19, Montréal, CA, 2013
Becker, D., Brzeski, M., Linster, D., Mitschang, P.
