Screening und Validierung geeigneter Duroplast-Thermoplast-Verbindungen und Verbindungstechnologien zur Herstellung hybrider Faserverbundkunststoffbaugruppen

Kurzfassung

In der Luft- und Raumfahrtindustrie stehen Faserverbundkunststoffe aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften im Fokus. Matrixhybride Faserverbundkunststoffe vereinen die Vorteile von faserverstärkten Duroplasten und Thermoplasten. Deswegen werden in der aktuellen Forschung unterschiedliche Duroplast-ThermoplastHybridverbindungen und deren Fügetechniken erforscht. Diese Arbeit untersucht die Interphasenausprägung ausgewählter Duroplast-Thermoplast-Verbindungen. Dafür werden ausgewählte Duroplast-Prepregs mit PEI im Vakuumofenprozess verbunden. Die Interphasenausprägung wird mithilfe eines automatisierten Programms anhand mikroskopischer Schliffbilder analysiert. Es wird festgestellt, dass der Faservolumengehalt, Porosität und Stichfasern die Interphasenausprägung beeinflussen. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Verbindung von Carbonfaser-Polyetherimid (CF/PEI) und HexPly®8552S im Assembly Interdiffusion Joining optimiert. Hierfür wird eine statistische Versuchsplanung in Form eines Design of Experiments gewählt. Die Prozessparameter Temperatur, Druck und Haltedauer werden zuvor über Voruntersuchungen variiert und abgegrenzt. Mithilfe von wassergekoppelter Ultraschallprüfung, Zugscherfestigkeitsprüfung, Vermessung der Fügezone, Fügenaht und des Fügeweges werden die Proben charakterisiert. Mikroskopische Schliffbilder und Bruchflächenaufnahmen dienen der Plausibilisierung der Ergebnisse. Durch statistische Optimierung werden Parameterkonfigurationen zur Maximierung der Verbindungsgüte und der Zugscherfestigkeit und Minimierung der Haltedauer erstellt. Zur Überprüfung werden Revalidierungen durchgeführt. Die Ergebnisse werden einer heißgepressten Referenzprobe gegenübergestellt und ein Fügefaktor wird ermittelt. Es wird eine Verbindung realisiert, die einen Fügefaktor zwischen 0,89 und 1,07 erreicht. Es wird ein grundlegender Beitrag zur Fügeprozessentwicklung des Assembly Interdiffusion Joinings von CF/PEI und HexPly®8552S geleistet, indem eine erste Optimierung der Fügeparameter und Fügequalität vorgenommen wird.