Entwicklung von Methoden zur Bewertung der Kosteneffizienz der Polymerisationsverfahren bei kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen

Abstract

Durch die schnelle Weiterverbreitung von Strukturbauteilen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) fand in den vergangenen Jahren eine Weiterentwicklung der entsprechenden Fertigungstechnologien statt. Ein aktuelles Arbeitsgebiet ist die Steigerung der Energieeffizienz der Fertigungsverfahren von CFK Bauteilen. Um große Einsparungen zu erzielen setzt man am Polymerisationsprozess innerhalb der Fertigungskette an. 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 begrenzt. Dies führt zu niedriger Energieeffizienz des Prozesses und erhöht im ungünstigsten Fall sogar die Fertigungszeit. Mikrowellenunterstützte dielektrische Erwärmung von Duroplasten bis zu ihrer vollständigen Polymerisation ist eine vielversprechende Strategie, um die Effizienz eines Polymerisationsschrittes zu erhöhen und dadurch die Kosten und eventuell die Belegungszeit der Fertigungsanlage zu reduzieren. Diese Methode macht sich den Effekt der dielektrischen Erwärmung zunutze: Ein Dielektrikum erwärmt sich durch die Absorption von hochfrequenter elektromagnetischer Wellen. Die Arbeit gibt einen Einblick in die Entwicklung einer Bewertungsmethode der konvektionsund mikrowellenbasierten Polymerisation hinsichtlich ihrer Energie- und Kosteneffizienz.