Energy Efficiency of Dielectric Curing of CFRP

Abstract

Dieser Vortrag gibt den Überblick über den Stand der Forschung am Institut für Faserver-bundleichtbau und Adaptronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. Bedingt durch die rasche Weiterverbreitung von Strukturbauteilen aus kohlenstofffaserver-stärkten Kunststoffen (CFK) fand in den vergangenen Jahren eine deutliche Entwicklung der entsprechen-den Fertigungstechnologien. Ein Ansatzpunkt, um die Kosteneffizienz der CFK-Bauteile zu erhö-hen, ist die Steigerung der Energieeffizienz der Fertigungsverfahren. Ein geeigneter Punkt, an dem große Ersparungen erzielt werden können ist der Polymerisationsschritt innerhalb der Fertigungs-kette. Polymerisation von duroplastischen Kunststoffen zu großflächigen Strukturbauteilen erfordert Energie und Zeit und findet momentan in konvektionsbasierten Öfen und Autoklaven statt. Die erforderliche Energie wird dem Vorkörper in Form von Wärme zur Verfügung gestellt. Aufgrund von diversen physikalischen Randbedingungen ist der Wärmetransport mit Verlusten behaftet und be-grenzt. Dies führt zu niedriger Prozess- und Energieeffizienz des Fertigungsschrittes und erhöht im ungünstigsten Fall sogar die Fertigungszeit. Mikrowellenunterstützte dielektrische Erwärmung von Duroplasten bis zu ihrer vollständigen Poly-merisation ist eine vielversprechende Strategie, um die Effizienz des Polymerisationsschrittes zu erhöhen und dadurch die Kosten und sogar möglicherweise die Belegungszeit der Fertigungsanla-ge zu reduzieren. Diese Methode macht sich den Effekt der dielektrischen Erwärmung zunutze: ein Dielektrikum erwärmt sich durch die Absorption von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen. Die Entwicklung derartiger Polymerisationstechniken ist in der Vergangenheit stark vorangeschrit-ten, aus diesem Grund ist es notwendig Instrumente zu entwickeln, mit denen die innovativen Po-lymerisationsverfahren hinsichtlich der zu erwartenden Einsparpotentiale bewertet werden können. Dieser Vortrag gibt einen Einblick in die Entwicklung einer Kostenbewertungsmethode für die mik-rowellenunterstützte Polymerisation von faserverstärkten Kunststoffen.