Nutzung nicht-stofflicher Wärmeübertragung in der Faserverbundfertigung

Kurzfassung

Abstract Nowadays, composites are important materials used in many sectors of industry with a broad application spectrum. To react to the increasing demand for such materials, research on more efficient ways of manufacturing them has to be conducted. Optimization can be achieved e.g. by reducing the processing time or by automation of the thermal processes. This thesis concentrates on the usage of microwaves during shaping and curing of composites. That is why the first aim of this work was to provide a comprehensive analysis of the existing manufacturing methods. Different manufacturing stages – “heating of the resin”, “preforming” and “curing of the semi-finished parts” – were analysed in respect to the possibilities of microwave application. After identifying knowledge gaps, a systematic approach for pultrusion of composites with microwave support was developed. During the practical tests, which were conducted according to the previously developed methodology, the feasibility of curing composite material with microwaves became apparent for the usage of following tools: fully made of PTFE material (transparent to microwaves), made of aluminium and PTFE (semi-transparent to microwaves), made of aluminium and Macor (semi-transparent to microwaves). As a result of the experiments, recommendations for further optimization of the manufacturing process were given. Future experiments should meet the criteria of providing semi-finished parts with the required dimensional stability as well as a continuous data transfer to support a whole process monitoring. Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen ist in vielen Industriezweigen und sehr unter-schiedlichen Anwendungsfeldern verbreitet. Aufgrund der zukünftig steigenden Nachfrage nach Faserverbunden sollte der Fokus auf eine effizientere Gestaltung der Fertigungs-prozesse gelegt werden. Ein Ansatzpunkt für die Optimierung ist die Verkürzung oder Automatisierung der notwendigen thermischen Prozesse. Die Nutzung nicht-stofflicher Wärmeübertragung als eine Möglichkeit der Optimierung wurde in dieser Arbeit thematisiert und bezieht sich auf den Einsatz von Mikrowellen im Urformprozess von Faserverbund-werkstoffen. Ziel war es, zuerst einen systematischen Überblick über die bisherigen Anwendungsfelder von Mikrowellen bei der Herstellung von Faserverbunden zu geben, welche sowohl die Harzerwärmung, als auch das Preforming und die Aushärtung der gefertigten Halbzeuge umfassen. Darauf aufbauend sollten Experimente in der Literatur vorhandene Lücken schließen. Der praktische Teil der Arbeit bezog sich auf die mikrowellen-unterstützte Pultrusion, in der die Machbarkeit der Aushärtung unter Mikrowelleneinsatz mit folgenden Werkzeugen gezeigt werden konnte: Teflonwerkzeuge, semitransparente Werk-zeuge aus Teflon/Aluminium beziehungsweise Macor/Aluminium. In Bezug auf die Formhaltigkeit der gefertigten Faserverbund-Halbzeuge sind noch Optimierungen notwendig, desweiteren sollte eine kontinuierliche Prozessüberwachung sichergestellt werden.