Identifizierung geeigneter Bindersysteme für die automatisierte Rotorblattfertigung von Windkraftanlagen

Kurzfassung

Zur Entwicklung von Windkraft-Rotorblättern, die mittels Biege-Torsions-Kopplung ihre aerody-namische Form den aktuellen Windlasten anpassen, wird ein anisotroper Lagenaufbau des Faser-Kunststoff-Laminats benötigt. In der automatisierten Fertigung mittels vakuumun-terstützter Harzinfusion kann ein Binder im Preforming die Faserlagen aneinander fixieren und somit die Form und Faserorientierung der Preform wahren. Da der Binder als zusätzliche Phase im Verbund die Eigenschaften des Laminats beeinflusst, wurde in dieser Arbeit der Einfluss verschiedener Bindertypen und -anteile auf die mechanische Performance des Werk-stoffs überprüft und verglichen. Dafür wurde zunächst die Löslichkeit der verschiedenen Bin-der im Epoxid-Matrixharz mittels Mikroskopie, Viskosimetrie und DSC (dynamische Diffe-renzkalorimetrie) untersucht. Es wurden stark, teilweise und nicht lösliche Binder identifi-ziert. Als weitere Eingrenzungsmaßahme wurden mit einer Auswahl an Harz-Binder-Platten Zugversuche und DMTA-Messungen (dyna-misch-mechanische thermische Analyse) durchge-führt, wobei der stark lösliche Binder zu den besten Kennwerten führte. Teilweise und nicht lösliche Binder waren untereinander vergleichbar. Anhand von T-Schälprüfungen an bebin-derten Faserpreforms wurden, in Abhängigkeit des Bin-deranteils, die Hafteigenschaften der Binder verglichen. Es zeigten sich unterschiedliche Schälfestigkeiten, die z.T. vom Binderan-teil abhängig waren. Nach einer erneuten Binderselektion wurden mit Binder versehene Glas-faserverbundplatten gefertigt und in statischen Zug- und Druckversuchen geprüft. Hier zeig-ten sich beim Zugversuch in 90° und bei den Druckversuchen in 0° und 90° starke Unter-schiede zwischen den Bindern in Festigkeit und Steifigkeit, besonders bei einem hohen Bin-deranteil. Der Binder, der bereits in den Harz-Binder-Mischungen die beste mechanische Per-formance zeigte, führt auch im Faserverbundwerkstoff zu den positivsten Ei-genschaften. Auf-grund dieser Untersuchungen kann der Phenoxy-Binder Grilon MS mit einem Flächengewicht von 24 g/m2 als das beste Bindersystem identifiziert werden.