Welche drei Faserwerkstoffe werden für mechanisch stark belastete Strukturen eingesetzt? Sortieren Sie die Faserwerkstoffe nach Größe der Dichte und Größe des E-Moduls.
Glas-, Aramid- und KohlefaserDichte: Glasfaser Kohlefaser Aramidfaser ~ 2,5 [g/cm3] ~ 1,8 [g/cm3] ~ 1,45 [g/cm3]
Was ist der „Glasübergangspunkt“ bei Duroplasten? Wovon hängt er ab?
- Temperatur T0 bei der sich die mechanischen und thermischen Eigenschaften eines Duroplasts ändern: - Wärmedehnung und spez. Wärmekapazität nehmen stark zu - Steifigkeiten und Festigkeit reduzieren sich stark- Bruchdehnung nimmt stark zu Hängt ab von:- Harzsorte- Aushärte- und Temper Temperatur - Feuchte
Was ist ein eingeschlossener Matrixzwickel und wie unterschiedlich wirkt er sich aus bei Polyesterharz und Epoxidharz?
- Ein Einschluss von Matrix zwischen mehreren Fasern, die einen geschlossenen Kreis bilden. Beim schrumpfen des Harzes können die Fasern nicht "mitziehen".Epoxidharz: schrumpft im flüssigen Zustand. Durch Harzüberschuss kann Matrix nachfließen. Polyesterharz: schrumpft im teilweise festen Zustand. Ablösung von Marix und Faser
Skizieren Sie eine hexagonale und eine überexpandierte Wabenform.
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Wieso sind die Schubsteifigkeiten bei Waben unterschiedlich in zwei Richtungen?
- W-Schubfestigkeit und -modul (Richtung Ebenen-Normale des Papiers) ist geringer - L-Schubfestigkeit und -modul(in Faserrichtung des Papiers) höher
Nennen Sie fünf Vor- und Nachteile eines Faserverbundwerkstoffes gegenüber metallischen Werkstoffen wie Stahl und Aluminium.
- hohe Festigkeit und Steifigkeit (bezogen auf Dichte) - hohes Energieabsorptionsvermögen- Korrosionsbeständigkeit- Temperaturausdehnung einstellbar (auch auf 0) - Anmutung (Prestige)- elektrische Isolations- bzw Leitfähigkeit (einstellbar (CFK leitet, Glas nicht))
Listen Sie sechs Herstellverfahren für Faserverbundwerkstoffe auf.
- Handauflegeverfahren - Faserspritzverfahren- Prepregverfahren- Autoklavverfahren - Vakuuminfusionsverfahren - Pultrusionsverfahren- Wickelverfahren
Welche Vorteile hat das Vakuuminfusionsverfahren gegenüber dem Handauflegeverfahren?
- besseres Ergebnis (weniger Lufteinschlüsse, Qualität hängt weniger vom Personal ab) - hohe Reproduzierbarkeit- größere Produktivität- weniger Umwelt- und Gesundheitsbelastung - Höherer Faservolumenanteil möglich - allseitig glatte Oberfläche
Nennen Sie 5 typische Prozessschritte bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen
- Fasern ablegen in Form- Harz aufbringen- Überschüssiges Harz entfernen- Harz aushärten- entformen- Abschlussarbeiten (zB besäumen)
Welche Vorteile hat das Prepregverfahren gegenüber dem Handlaminierverfahren?
- genauere Faserorientierung der Lagen zueinander möglich - einfachere Verarbeitbarkeit- Zeitersparnis- geringere Umwelt- und Gesundheitsbelastung
Beschreiben Sie das Prepreg-Verfahren.
- Fasern werden vorimpregniert (Harz angehärtet, nicht flüssig, leicht klebrig) - Ablegen der vorgetränkten Schichten in Form- konsolidieren (Vakuum und/oder Überdruck)- härten (temperatur und Druck
Erklären Sie das Schmelzharz- und das Lösungsmittelimpregnierverfahren für Prepregs.
Schmelzh.-Imp.: - Harz auf Trägerfolie (bei 60°-90° C)- Imprägnierung der Fasern mit Walzen (beheizt, Anpressdruch) - Abkühlen und aufrollen (mit Schutz- und Trennfolien)- luftdicht verpacken (Vakuum besser)- tief gekühlt lagern Lösungsm.-Imp.: - Harz-Härter Gemisch heiß härtend- erforderliche Viskosität durch Lösungsmittelzugabe- Lösungsmittel wird beim backen entfernt (aber leider nicht ganz) - Zustand ("B") bei Raumtemperatur hochviskos und leicht klebrig
Was sind Positiv- und Negativformen, welche Vor- und Nachteile haben sie?
Positiv: - relativ leicht herzustellen da Konvex- Außenhaut muss gespachtelt, geschliffen und lackiert werden - Innenseite glatt und Maßhaltig- typisch für Einzelanfertigung Negativ: - aufwändig herzustellen da konkav- Gelcoat gibt Schutz und äußeres finish mit wenig Aufwand - Anpassarbeiten aufwändig für innenteile- typisch für Serienbau
Was ist ein Autoklav, wofür dient er, welche zwei Prozessparameter ermöglicht er und wie groß können die sein?
Erweiterung der Drucksacktechnik. Vakuum und gleichzeitig Überdruck (bis 10 bar) an der Gegenseite um größere Verdichtung zu erzeugen und Hohlstellen zu vermeiden. Gleichzeitig Regelung der Temperatur (bis 400°C) zur Reduzierung der Viskosität Parameter: - Druck (Überdruckseite und Vakuumseite) - Temperatur (bis 400°C)
Beschreiben Sie das Vakuuminjektionsverfahren.
- Faserablage (inklusive Kerwerkstoffe)- Injektion von Harz über Pumpen (zweiseitige geschlossene Form)
Wie funktioniert das Pultrusionsverfahren?
- Fasern werden abgerollt und in Position gebracht - Tränkung der Positionierten Fasern mit Harz- Aushärten - Ablängen- Quasi endlos-Prozess bei dem das Bauteil durch die Einzelschritte "gezogen" werden
Was für Bauteile können mit dem Pultrusionsverfahren hergestellt werden?
- kontinuierliche Querschnittsformen (Hohl- und Vollprofile, Stäbe) - beliebige Längen- Faservolumenanteil 30% - max 45%- Wandstärken max. 12 mm
Was ist Druckformen, wofür wird es eingesetzt?
- Form von beiden Seiten (beidseitig glatte Oberflächen)- Faserablage und Imprägnierung geschieht bei offener Form- konsolidieren und härten durch unter Druck geschlossene Form und Wärmezufuht - Entformen durch öffnen der Form Einsatzbereich: - Automatisierung (Serienherstellung) - lohnt erst ab großer Stückzahl - kleinere Bauteile
Was ist beim Wickelverfahren zu beachten?
- Vorzugsweise Rotationssymmetrische Bauteile- Radius variabel über Länge, ABER keine negativ-Radien - Ablegewinkel von ca 7° bis 90°- ausgeglichenes Laminat mit +/- Winkel
Was ist Druckformen, wofür wird es eingesetzt?
- Form von beiden Seiten (beidseitig glatte Oberflächen)- Faserablage und Imprägnierung geschieht bei offener Form- konsolidieren und härten durch unter Druck geschlossene Form und Wärmezufuht - Entformen durch öffnen der Form Einsatzbereich: - Automatisierung (Serienherstellung) - lohnt erst ab großer Stückzahl - kleinere Bauteile
Was ist beim Wickelverfahren zu beachten?
- Vorzugsweise Rotationssymmetrische Bauteile- Radius variabel über Länge, ABER keine negativ-Radien - Ablegewinkel von ca 7° bis 90°- ausgeglichenes Laminat mit +/- Winkel
Welche sechs grundlegenden Prozessschritte sind für die Herstellung eines Laminates erforderlich?
1. Fasern ablegen in Form2. imprägnieren mit Harz3. konsolidieren (Entfernen von überschüssigem Harz, Luft und Löungsmitteln) 4. Harz härten5. entformen6. Abschlussarbeiten (zB besäumen)
Beschreiben Sie das Handauflegeverfahren.
- Faserablage (per Hand in Form)- imprägnieren mit Harz (aufbringen und ausrollen)- konsolidieren (entlüften durch spezielle Rollen)- härten (kalthärtende Harze, tempern um Styrol zu entfernen)
Wie ist der Faservolumenanteil definiert, mit welchem Zeichen wird er abgekürzt?
- prozentualer Volumenanteil an Fasern gegenüber Matrix phi
Wie ist der Matrixvolumen- und der Matrixmassenanteil definiert?
gucken
Warum ist der Fasergewichtsanteil immer größer als der Faservolumenanteil?
- Da die Dichte der Matrix immer geringer ist als die Faserdichte
