ISBN 9783843937207

978-3-8439-3720-7, Reihe Luftfahrt

Florian Gnädinger
Einfluss der Schlichte auf trockene Verarbeitbarkeit und Matrixanhaftung von Kohlenstofffasern

139 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2018), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Für die Auslegung von CFK-Bauteilen und den zugehörigen Fertigungsprozessen ist es notwendig, die Schlichte optimal auf Faser und Matrix abzustimmen. Diese Aufgabe ist in Zeiten zunehmender Komplexität – gekennzeichnet durch neue Faser-, Schlichte- und Matrixmaterialien – ungleich aufwendiger geworden.

Erstmals wurden in dieser Dissertation eine neuartige duroplastische Polyurethanmatrix und eine konventionelle Epoxidmatrix zusammen mit experimentell hergestellten Kohlenstofffasern und einer Referenzfaser untersucht. Die Experimentalfasern wurden auf einer Modellanlage hergestellt, die im Wesentlichen identisch zu einer kommerziellen Produktionsanlage ist. Diese Anlage ermöglichte die Entnahme von Versuchsmaterial direkt nach der Carbonisierung, nach der elektrochemischen Oberflächenbehandlung und nach der Applikation von Schlichtemitteln auf Basis von Epoxid, Polyurethan und Polyamid.

Auf Einzelfaser-, Roving- und Laminat-Ebene wurde die Verarbeitbarkeit der trockenen Fasern sowie die Faser-Matrix Haftung beurteilt, um bereits in einer frühen Entwicklungsphase auf die Eignung der verschiedenen Materialkombinationen schließen zu können.

Mit dem Single Fibre Fragmentation Test wurde die Interface-Scherfestigkeit aller 12 Faser-Matrix Kombinationen gemessen. Auf Laminat-Ebene wurde anhand von Querbiege- und Schubversuchen auf die Faser-Matrix Haftung geschlossen.

Der Einfluss der verschiedenen Schlichtemittel auf die Faserverarbeitbarkeit zeigte sich sehr deutlich als Preforms mit dem Tailored Fibre Placement (TFP) Verfahren hergestellt wurden. Es wurden materialsparende Ersatzversuche zur Quantifizierung der der trockenen Verarbeitbarkeit auf Einzelfaser- und Roving-Ebene untersucht und weiterentwickelt. Auf einem neu entwickelten Teststand konnte anhand weniger Meter Faser die trockene Verarbeitbarkeit in Abhängigkeit des gewählten Schlichtemittels vorhergesagt werden.