Analyse und Simulation des fertigungsabhängigen Schwindungsverhaltens glasfaser-verstärkter Epoxidharze zur verbesserten Vorhersage von Oberflächenwelligkeiten und Verzug

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Maik Gude; Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415849481

Ziel des Verbundvorhabens ist es, ein verbessertes Verständnis der prozessabhängigenschwindungsinduzierten Volumenänderungseffekte bei der Verarbeitung von duroplastischen faserverstärkten Kunststoffen (FVK) zu gewinnen. Es ist bekannt, dass die spezifische Prozessführung bei der Herstellung von FVK direkten Einfluss auf die Bauteilqualität und hier insbesondere auf die Formhaltigkeit und die Oberflächenbeschaffenheit hat. Die Einflüsse des Verarbeitungsdrucks auf den Verlauf der Vernetzungsreaktion sind jedoch bisher nicht Gegenstand systematischer prozessbezogener Untersuchungen gewesen. Im Rahmen des Vorhabens werden neuartige Prüfmethoden entwickelt und zur Analyse der im Prozess ablaufenden thermo- und chemo-mechanischen Phänomene im Labormaßstab eingesetzt.Insbesondere werden die Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern Temperatur sowie Druck und den maßgeblichen Phänomenen Reaktionsverlauf, Schwindung und Ausbildung zwischen Faser und Matrix unter Verwendung einer Online-Sensorik untersucht. Damit lassen sich wesentliche Aspekte identifizieren, die bisher bei der Vorhersage von Eigenspannungszuständen vernachlässigt wurden.Aufbauend auf den experimentell ermittelten Erkenntnissen werden parametrisierteMaterialmodelle entwickelt, die die Grundlage für einen Multi-Skalen-Simulationsansatz bilden. Dieser wird von den Verbundpartnern parallel sowohl für die numerische Vorhersage des sich ausbildenden Eigenspannungszustandes im Mehrschichtverbund als auch für die numerische Berechnung resultierender Oberflächenwelligkeiten entwickelt. Die auftretenden Phänomene im Inneren des Schichtverbundes und an dessen Oberfläche sollen erstmals im Hinblick auf eine durchgängige Modellierungsstrategie kausal miteinander verknüpft werden. Durch die grundlegenden Untersuchungen der physikalischen Matrixeigenschaften unter realen Aushärtebedingungen und die Entwicklung einer Multi-Skalen-Simulation von Eigenspannungen und Oberflächeneffekten kann die Vorhersagegenauigkeit aktueller Simulationsmethoden gesteigert werden und das Prozess- und Werkstoffverständnis duroplastischer FVK substantiell gesteigert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen