Experimentelle Effizienzanalyse interner Trennmittel für den isothermen RTM-Prozess mit einer optimierten Entformungsmethodik

Abstract

Für den Resin Transfer Molding Prozess bieten interne Trennmittel großes Potential, um Zykluszeiten und Produktionskosten zu reduzieren. Dies würde sich wiederum positiv auf die Produktion und somit auch auf die Anwendung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe auswirken, die aufgrund des Leichtbaupotentials für eine emissionsärmere Luftfahrt essenziell sind. Interne Trennmittel werden dem Kunststoffharz hinzugegeben und bewirken durch eine Migration an die Phasengrenzfläche zwischen Formwerkzeug und Harz eine Trennschicht, die für eine bessere Entformung der Bauteile aus der Form sorgt. In dieser Arbeit wurden vier verschiedene interne Trennmittel unterschiedlicher Hersteller in einem reinen Epoxidharz auf ihre Trennfähigkeiten mithilfe einer optimierten Entformungsmethodik untersucht. Hinzu kam die Messung der Oberflächenenergien der Formwerkzeuge und der ausgehärteten Harzproben, um Rückschlüsse auf die Kräfte, die für eine Entformung nötig waren, zu ziehen und eine eventuelle Ablagerung interner Trennmittel auf den Werkzeugoberflächen sichtbar zu machen. Des Weiteren wurde die Trennmittelmigration an die Phasengrenzfläche mithilfe spektroskopischer Methoden und die Auswirkung der Additive auf den Aushärtungprozess mittels rheometrischer Untersuchungen analysiert. Bei Verwendung des internen Trennmittels Cheamlease® IC25 konnte nachgewiesen werden, dass der Trennmittelanteil einen Einfluss auf die Entformung des HexFlow® RTM 6 Epoxidharzes hat. Je höher der Massenanteil des Trennmittels ist, desto niedriger sind die Entformungskräfte. Ebenfalls zeigte sich, dass die Entformungskräfte mit steigender Entformungsanzahl auf zwischendurch nicht behandelten Werkzeugoberflächen ansteigen. Die internen Trennmittel PAT®-657/BW und Luvotrent 739E bewirkten keine beziehungsweise nur eine schlechte Trennwirkung. Verglichen mit dem Reinharz waren nur sehr geringe Änderungen erkennbar. Das Trennmittel Mikon® INT-672 erleichterte erst in höheren Massenanteilen die Trennung. Rückschlüsse aus den Oberflächenenergien der Formwerkzeuge auf die Entformungsspannungen konnten mit den durchgeführten Messungen nicht gezogen werden. Die Migration der Trennmittel an die Phasengrenzfläche konnte anhand der Konzentrationen in dem ausgehärteten Harz nachgewiesen werden. So ist diese an der Oberfläche höher als in dem Inneren, was die Tendenz belegt, sich an der Phasengrenzfläche zu sammeln. Verarbeitungstechnisch haben interne Trennmittel ebenfalls einen Einfluss. Ein höherer Trennmittelanteil vorzögert den Beginn der Aushärtung des Epoxidharzes. Dieser Einfluss ist jedoch gering.