Vorlesung Kunststofftechnik
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<strong>Vorlesung</strong> <strong>Kunststofftechnik</strong> SoSe 2001 - Prof. Dr.-Ing. Horoschenkoff, FH München<strong>Vorlesung</strong> <strong>Kunststofftechnik</strong>1 Einführung 21.1 Kriterien für den Einsatz von Faserverbundwerkstoffen (FVW) 21.2 Faserverstärkung 21.3 Herstellung der Verstärkungsfaser 21.4 Auswahl der Faser 32 Faserausrichtungen 42.1 Materialeigenschaften und Kennwerte 42.2 Verarbeitung von Prepregs im Autoklaven 42.3 3-Punkt-Biegeversuch 52.4 Rissausbildung 62.5 Beispiel: Berechnung eines zylindrischen Tanks 63 Aufbau der Laminate 83.1 Regeln zum Aufbau von Laminaten aus DU-Schichten 84 Verarbeitungsverfahren 94.1 Faserverstärkte Thermoplaste 94.2 Faserverstärkte Duroplaste 94.2.1 RTM (Resin Transfer Moulding) 94.2.2 Vakuuminjektionsverfahren 114.2.3 Prepregverfahren im Autoklaven 124.3 Vergleich der Herstellungsverfahren 134.4 Einsatzpotientiale für FVK gegenüber Stahl/ Alu 134.5 Kohlestofffaserverstärkte Thermoplaste 145 Orthotrope Eigenschaften Werkstoffe (mit Matrizenrechnung) 156 Kennwerte der unidirektional verstärkten Einzelschicht 206.1 Einfluss von Schlagbeanspruchungen auf die mechanischen Eigenschaften 217 Elastomere 223.07.2001 - 1 -
<strong>Vorlesung</strong> <strong>Kunststofftechnik</strong> SoSe 2001 - Prof. Dr.-Ing. Horoschenkoff, FH München4. Verarbeitungsverfahren4.1 Faserverstärkte Thermoplaste• Spritzgießen von kurzfaserverstärkten Thermoplasten• Pressen ≅ GMT (Glasmattenverstärkter Thermoplast)• Injektion vor der Polymerisation (z.B. PA)4.2 Faserverstärkte Duroplaste• R-RIM ( Reinforced RIM• Prepreg-Verarbeitung und Autoklaventechnik• Handlaminierverfahren• RTM (Resin Transfer Moulding)• Vakuuminjektionsverfahren• Pressen ≅ SMC (sheet moulding compound)Langfaserverstärktes PUREndlosFaserverstärktLangfaserverstärkt4.2.1 RTM (Resin Transfer Moulding)° Harzinjektion eines Faservorformlings in einer geschlossenen Form° AufbauTransferbehälterDruckWerkzeugHarzfalleVakuumpumpeHarzSchritte:1 Evakuieren der Form2 Füllvorgang3 Spülen, Vermeiden von Lunkern3 Aushärten mit Nachdruck, um Schindung des Harzes auszugleichenTemperatur: Aushärtung bei Raumtemperatur bis ca.60°CHarze: EpoxydharzePolyesterharzeVinylesterharze3.07.2001 - 2 -
<strong>Vorlesung</strong> <strong>Kunststofftechnik</strong> SoSe 2001 - Prof. Dr.-Ing. Horoschenkoff, FH München° Werkzeug: zweischalig aus Alu oder Kunststoff°Druck im WerkzeugInjektion bei ca. 4 barNachdruck bis ca. 25 bar°Injektionsvorgang wird bestimmt durch:°Angußarten: Zentraler AngußFilmanguß- Viskosität- Geometrie des Bauteils- Art der Faserverstärkung°Oberflächen: beidseitig sehr gut°Bauteilgröße: < ca. 3m 2°Stückzahlen: 100 bis 10 000 Stück pro Jahr°Viskositätsverlauf des Harzesη3.07.2001 - 3 -
<strong>Vorlesung</strong> <strong>Kunststofftechnik</strong> SoSe 2001 - Prof. Dr.-Ing. Horoschenkoff, FH München°Produktionsverlauf:˜ 25 bar˜ 5 bar˜ 1 barZeit [t]4.2.2 Vakuuminjektionsverfahren° Werkzeug aus Kunststoff, Holz, Aluminium° Herstellung von Bauteilen mit Faserverstärkung (gerichtete Endlosfaser)° Harzinjektion in 2 Schritten:1, Verteilung des Harzes im Verteilersystem (parallel zur Laminatebene)2, Verteilung des Harzes senkrecht zur Laminatebene (in Dickenrichtung)° Bauteilgröße: > 3m 2° Stückzahlen bis ca. 5 000 Stück° Druck: 1bar° Temperatur: Härtung bei Raumtemperatur bis 60°CTempern bei 60°C° Oberfläche: die werkzeugzugewandte Seite gut3.07.2001 - 4 -
<strong>Vorlesung</strong> <strong>Kunststofftechnik</strong> SoSe 2001 - Prof. Dr.-Ing. Horoschenkoff, FH München4.2.3 Prepregverfahren im Autoklaven° Herstellung eines Halbzeugs (Prepreg)Langfasern werden mit Harz getränkt, aber nicht ausgehärtetLagerung bei –18°C à keine AushärtungDruck: bis ca. 10barTemperatur: bis ca. 180°CHärtung im Autoklaven3.07.2001 - 5 -
<strong>Vorlesung</strong> <strong>Kunststofftechnik</strong> SoSe 2001 - Prof. Dr.-Ing. Horoschenkoff, FH München4.3 Vergleich der Herstellungsverfahren4.4 Einsatzpotentiale für FVK gegenüber Stahl / Alu> Optimierung des VerhältnissesStückzahl / Investitionskosten> Reduzierung der finanziellen Risiken> Gewichtsreduktion> höhere spezifische Festigkeit und Steifigkeit> hohe Designfreiheit> Nutzung der Vorteile von Hybridbauweisen (Verbindung mit verschiedenen Materialien)> Verkürzung der Entwicklungszeit> Erhöhung der Modellvarianten3.07.2001 - 6 -
<strong>Vorlesung</strong> <strong>Kunststofftechnik</strong> SoSe 2001 - Prof. Dr.-Ing. Horoschenkoff, FH München4.5 Kohlestofffaserverstärkte ThermoplasteFaser: C-Faser, gerichtete EndlosfaserMatrix: Thermoplast (z. B. PP)Halbzeuge: Hybridgewebe (Thermoplaste müssen aufgeschmolzen werden)1. Möglichkeit: Bildung von Thermoplastfäden ⇒ Verwebung ⇒ Erwärmung in der Presse⇒ Verbindung)2. Möglichkeit: Bildung von Gewebe aus ummantelten Kohlestofffasern ⇒ Erwärmung inder Presse ⇒ Verbindung)Verarbeitung beider Halbzeuge:- in der Presse: Erwärmung über T s der thermoplastischen Matrix- Abkühlen und Entformen- Temperatur ca. 230°C- Zykluszeit ca. 10 min.- Bei engen Radien Neigung zur Faltenbildung (Bauteilgröße ca. 0,5 m²)3.07.2001 - 7 -
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