Entwicklung eines innovativen Ofen-Aushärteprozesses für faserverstärkte Kunststoffe mittels Druckaufbringung durch Schrumpfbandtechnologie

Kurzfassung

Im Luftfahrt-Sektor erfolgt die Konsolidierung von hochwertigen CFK-Strukturbauteilen auf Basis AFP-gelegter, duromerer Prepreg-Systeme hauptsächlich im Autoklaven. Durch den für das Verfahren charakteristischen Überdruck entsteht jedoch ein enormer wirtschaftlicher und prozesstechnischer Aufwand. Out-of-autoclave-Verfahren (Ooa) verfolgen daher den Ansatz, vergleichbare Konsolidierungsergebnisse in einer Ofenumgebung zu erzielen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit der Druckbeaufschlagung anhand von thermisch schrumpfenden Schrumpfbändern bei einer Ooa-Konsolidierung. Ziel ist es dabei, durch mehrere Schrumpfbandwicklungen um ein Formwerkzeug das Druckniveau der Autoklav-Konsolidierung sowie identische Laminatqualitäten zu erreichen. Die Untersuchung umfasste anhand von M21E (Autoklav-Material) und SGL E501 (Ooa-Material) neben der entwickelten Schrumpfband-Konsolidierung zusätzlich die Autoklav- und Vacuum-bag-only-Konsolidierung (Vbo). Zur Abgrenzung der erreichten Laminatqualität wurden die Ergebnisse der Wasserultraschall-Prüfung, der Schliffproben-Mikroskopie, der DBS-Tests und der DSC-Messungen gegenübergestellt. Die Untersuchungen zeigten, dass anhand der Schrumpfband-Konsolidierung eine deutliche Verbesserung der Laminatqualität verglichen mit der Vbo-Konsolidierung erreicht werden kann. Zudem zeigten Schrumpfband- und Autoklav-Konsolidierung eine vergleichbare Laminatqualität. Der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Schrumpfband-Konsolidierungsprozess zeigt damit das enorme Potential der Ooa-Konsolidierung auf und dient als Handlungsgrundlage für die Weiterentwicklung des Schrumpfband-Konsolidierungsprozesses.