Analyse des Porenverhaltens im Druckfeld eines Liquid Composite Moulding Prozesses

Abstract

Gaseinschlüsse haben einen elementaren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften eines faserverstärkten Bauteils [PRL94, PRL93, FFMB91, Ghi93, JW78]. Umso wichtiger ist es daher zu erforschen, welche Mechanismen die Entstehung und die Auflösung eines Einschlusses beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wird diese Problematik untersucht. Alle gewonnenen Erkenntnisse sind zu einer Modellvorstellung zusammenzuführen. Die Modellvorstellung soll die Phänomene des Porenverhaltens im Druckfeld eines Liquid Composite Molding Prozesses wiedergeben. Die Forschungsergebnisse recherchierter Studien liefern kein einheitliches Bild der Einflussfaktoren. Aus diesem Grund wird eine Angussstrategie und ein Lastenheft für eine Versuchsvorrichtung, zur Untersuchung des Porenverhaltens im Druckfeld eines LCM-Prozesses, entwickelt. Anhand des Lastenheftes konstruiert und baut ein weiterer Student die Versuchsvorrichtung. Mit dieser sind erstmalig die Einflüsse, der am Porenverhalten beteiligten Parameter, isoliert zu untersuchen. Hierzu wird ein Gaseinschluss durch einen Fließfrontzusammenfluss von der Saugseite des Werkzeuges abgetrennt. Im Anschluss wird dieser Gaseinschluss mithilfe eines örtlich- und zeitlich konstanten Druckgradienten durch das getränkte Laminat gespült. Bei den Untersuchungen stellt sich heraus, dass das Porenverhalten in zwei Phasen aufzuteilen ist. In der ersten Phase wird der Gaseinschluss in viele Poren zerstäubt. In der zweiten Phase ist das Wander- und Auflöseverhalten dieser Poren zu beschreiben. Eine globale Modellvorstellung der Phänomene des Porenverhaltens wird formuliert. Aus dieser wird zur Beschreibung des Porenverhaltens, auf Basis der Ein- und Ausgangsparametern der Simulationssoftware RTM-Worx, der Ablauf eines Post-Processing Skriptes abgeleitet. Zur erweiterten Auswertung der Simulationsergebnisse fehlen allerdings notwendige Parameter. So wird zuerst ein Programm zur Detektion von Fließfrontzusammenflüssen optimiert und die eingeschlossene Stoffmenge eines jeden Einschlusses kalkuliert. Nach der näherungsweisen Bestimmung eines Startzeitschrittes wird, unter weiteren Annahmen, ein Post-Processing Skript für das erste Stadium des Porenverhaltens generiert. Die Kalkulation des Zeitpunktes der Auflösung des Gaseinschlusses beruht auf einer linearen Transportleistung. Die Zahlenwertgleichung zur Bestimmung dieser Transportleistung wird im Rahmen der Versuche experimentell ermittelt. Sie ist abhängig von der eingeschlossenen Stoffmenge, der Viskosität des Fluides, der Permeabilität des Fasermaterials und dem anliegenden Druckgradienten. Neben der ersten erweiterten Auswertung des Porenverhaltens wird in dieser Arbeit die Grundlage für weitergehende Untersuchungen des Auflöseverhaltens von Gaseinschlüssen geschaffen. Es werden Empfehlungen zur Verbesserung der Versuchsvorrichtung gegeben und Wege des weiteren Vorgehens aufgezeigt.