Untersuchung thermoplastischer Polymere hinsichtlich ihrer Eignung als Formwerkzeug im FKV-Fertigungsprozess

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Eignung von thermoplastischen, streckgeblasenen Formwerkzeugen in einem Fertigungsprozess für Faserverbundstrukturen. Der Ausgangspunkt der Untersuchung ist dabei ein Beispielprozess zur Herstellung einer Lufteinlaufstruktur einer Flugdrohne. Hierfür wird ein Kernformwerkzeug benötigt, welches einerseits eine hohe Oberflächengüte auf der Innenseite des Hohlbauteils erzeugt und andererseits trotz geometriebedingter Hinterschneidungen nach der Aushärtung des Laminats aus dem Bauteil entfernt werden kann, ohne dass eine Trennung der Hohlstruktur erforderlich ist. Dabei werden die Formgedächtniseigenschaften bestimmter Polymere genutzt werden, indem sich die Verstreckung des Formwerkzeugs während des Aushärtungsprozesses aufgrund der Temperatureinwirkung zurückbildet und dabei die Entnahme ermöglicht wird. Zunächst werden die Parameter des Zielprozesses analysiert und die Materialeigenschaften gängiger Polymere auf dieser Grundlage bewertet und verglichen. Dabei werden die teilkristallinen Thermoplaste PA66, PET und PPS für weitere Untersuchungen ausgewählt. Anhand vorher definierter Messmethoden werden die thermischen Eigenschaften sowie die Oberflächen- und Maßhaltigkeitseigenschaften der drei gewählten Polymere auf ihre Eignung zur Verwendung im Zielprozess hin analysiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass PA66 nicht für die Nutzung im Fertigungsprozess geeignet ist, da die viskoelastischen Eigenschaften und die Maßhaltung im Temperaturspektrum des Zielprozesses nicht ausreichen. Für PPS kann gezeigt werden, dass die grundlegenden Bedingungen des Zielprozesses erfüllt werden können, allerdings stellen die höheren Materialkosten und die geringen Erfahrungen bei der Herstellung im Streckblasformprozess ein Hindernis für eine wirtschaftliche Verwendung dar. PET ist auf Basis der Messergebnisse ebenfalls grundsätzlich für die Nutzung im Zielprozess geeignet. Dabei stellt der Thermoplast im Vergleich den besten Kompromiss aus viskoelastischen Eigenschaften, Preis und Formgedächtniseigenschaften dar. Außerdem gehört der Einsatz im Streckblasformprozess zu den Standardanwendungen des Polymers. Daher wird als Ergebnis dieser Arbeit PET für weitere Untersuchungen zur Nutzbarkeit als Formwerkzeug im FKV-Fertigungsprozess vorgeschlagen.