Kunststofftechnik Leoben - Zweijahresbericht 2015 - 2016
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AUF EINEN BLICK<br />
• Partner: Thöni Industriebetriebe GmbH,<br />
superTEX composites GmbH, Research Center<br />
for Non Destructive Testing GmbH<br />
• Förderung: BMVIT/FFG – Intelligente<br />
Produktion, Produktion der Zukunft<br />
Ansprechpartner:<br />
Dipl.-Ing. Christian Schillfahrt<br />
christian.schillfahrt@unileoben.ac.at<br />
+43 3842 402 2701<br />
Effiziente Verarbeitung komplexer Hohlkörperprofile mittels Schlauchblas-RTM-Verfahren<br />
Efficient processing of complex shaped tubular structures through bladder-assisted RTM<br />
Die Entwicklung von effizienten Verarbeitungsprozessen ist<br />
ein entscheidendes Kriterium für den steigenden industriellen<br />
Einsatz von Faserverbundwerkstoffen. Das Schlauchblas-RTM-Verfahren<br />
stellt hierbei eine geeignete Fertigungstechnologie<br />
zur Herstellung komplexer Hohlkörperprofile wie z. B.<br />
lasttragende Rahmenstrukturen und integrale Fluidleitungselemente<br />
dar. Eine inhärente Problemstellung bei diesem Verfahren ist das<br />
Imprägnierverhalten der trockenen Verstärkungsstruktur, die in den<br />
beiden folgenden Förderprojekten zentrale Behandlung findet.<br />
Im Rahmen des abgeschlossenen Forschungsvorhabens „Smart<br />
Composite Tube“ (Laufzeit 01/2013-03/<strong>2016</strong>) wurden elementare<br />
Fragestellungen zur Umsetzung einer flexiblen Serienfertigung von<br />
gekrümmten Faserverbundrohren durch Einsatz von geflochtenen<br />
Faserhalbzeugen und duromeren Tränkharzen untersucht. Neben einer<br />
umfassenden Verfahrensoptimierung und der Automatisierung<br />
von Teilprozessen beinhaltete dies auch eine grundlegende Analyse<br />
der relevanten Verfahrensschritte. Der primäre Fokus lag hier auf<br />
der Modellierung des Infiltrationsprozesses, wobei zur Durchführung<br />
von experimentellen Untersuchungen ein anwendungsorientierter<br />
Versuchsstand entwickelt und am Lehrstuhl implementiert<br />
wurde. Dies ermöglichte eine Vorhersage von relevanten Prozesskennwerten<br />
wie z. B. Formfüllzeiten oder Laminatdicken als auch<br />
eine Optimierung der Injektionsparameter.<br />
Das nachfolgende Forschungsprojekt „NovoTube“ (Laufzeit 04/<strong>2016</strong>-<br />
09/2017) beschäftigt sich mit weiterführenden Fragestellungen zum<br />
Infiltrationsprozess, bei denen eine Verringerung von Füllzeiten und<br />
eine Erweiterung der verfahrensspezifischen Prozessgrenzen im Vordergrund<br />
stehen. Der untersuchte Lösungsansatz beinhaltet dabei<br />
eine Reduzierung der Fließweglängen durch Einsatz einer kaskadenartigen<br />
Harzinjektionsstrategie. Dies ermöglicht eine effiziente Herstellung<br />
von relativ langen Faserverbundprofilen, insbesondere bei<br />
Verwendung schnellhärtender oder hochviskoser Matrixmaterialien.<br />
Zur Realisierung einer automatisierten Prozesssteuerung und Überwachung<br />
ausgewählter Qualitätsparameter wird zudem die Anwendung<br />
von Sensoren auf Basis der Nahinfrarot-Spektroskopie evaluiert.<br />
Die Projekte wurden durch die FTI-Initiativen „Intelligente Produktion”<br />
und „Produktion der Zukunft“ des BMVIT gefördert und seitens<br />
der FFG betreut.<br />
A<br />
decisive criterion to meet the growing demand for composite<br />
materials in industrial applications is the development<br />
of highly efficient manufacturing processes. Here, bladder-assisted<br />
resin transfer molding (BARTM) represents a suitable<br />
process technology for the production of complex shaped hollow<br />
parts such as load-bearing frame structures or fluid piping elements.<br />
An inherent challenge of this processing method is given<br />
by the impregnation behavior of the dry reinforcement structure,<br />
which is investigated in the following research projects.<br />
In frame of the completed research project “Smart Composite<br />
Tube” (01/2013-03/<strong>2016</strong>), basic aspects for the realization of a<br />
flexible series production of curved composite tubes using braided<br />
fiber reinforcements and thermoset resins were studied. This<br />
included a comprehensive process optimization, automation of<br />
sub-processes and, in particular, modeling of the relevant manufacturing<br />
steps. Here, a major task was to mathematically describe<br />
the saturation process in order to determine the flow behavior of<br />
the viscous matrix material inside the reinforcing textile. An application-oriented<br />
test rig was developed and implemented at the<br />
chair of processing of composites to allow model validation and<br />
material characterization. This enabled the prediction of relevant<br />
process parameters such as filling times and laminate thicknesses<br />
as well as the identification of an optimal injection strategy.<br />
The currently running research project “NovoTube” (04/<strong>2016</strong>-<br />
09/2017) addresses an alternative approach to decrease filling<br />
times and to extend process-related limitations in BARTM. A<br />
cascade injection procedure is implemented with the aim of<br />
considerably reducing flow lengths during preform saturation. This<br />
facilitates an efficient production of long composite tubes, in particular<br />
if fast-curing or high-viscous resins are used. In order to<br />
realize an automated injection process and to monitor specific<br />
quality parameters, the utilization of in-line sensors on the basis<br />
of near-infrared spectroscopy is evaluated.<br />
The projects received funding from the BMVIT and the Austrian<br />
Research Promotion Agency (FFG) in frame of the programs “Intelligent<br />
Production” and “Production of the Future”.<br />
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