Kunststofftechnik 2 (Fach) / Faserverbundwerkstoffe 2 (Lektion)

VE04 - 06

Diese Lektion wurde von simihei erstellt.

Lektion lernen

zurück  |  weiter 1 / 2

• Definiere den Begriff Einzelschicht: In einer Einzelschicht liegen die Fasern in gerichteter Anordnung vor Die Einzelschicht ist charackterisiert durch die Zusammensetzung aus Faser und Matrix sowie deren Anteil und Ausrichtung Die Einzelschicht bildet die mechanische Grundeinheit bei der Auslegung von Laminaten aus FVK
• Skizziere die Verteilung von Fasern in einer Einzelschicht: hexagonal quadratisch reale Packung
• Sind beim Umgang mit FVK gewichts oder Volumenbezogener Angaben zu bevorzugen? Bei der Fertigung wird der Anteil der Komponenten gewogen, ebenso beider Kontrolle durch Veraschen, daher werden gewichtsbezogene Angaben bevorzugt   Bei der Dimensionierung benötigt man die geometrische Angabe des Volumens oder der Fläche, da Spannung und E-Modul flächenbezogene Größen sind.
• Stelle den Zusammenhang zwischen Faservolumengehalt[%] nud der Verbundsdichte, sowie des Fasermassenanteils dar. FVG und Verbundsdichte = linear. o% faser = dichte der Matrix, 100% faser = dichte des Faserwerkstoffes.   FVG und Fasermassenanteil = nicht linear.  Zusahme des Massenanteils wird mit steigendem Volumenanteil geringer!
• Voraussetzung für einen guten Verbundwerkstoff ist eine gute Haftung zwischen Faser und Matrix. Warum ist diese nicht selbstverständlich und wie wird dies unterstützt? Faser / Matrix meist chemisch nicht ähnlich! Vorbehandlung der Faser mit Haftvermittler (z.B. Organosilanen) Modifizierung der Kunststoffe   -> Faser - Schlichten
• Aufgabe der Schlichte Grenzfläche: Faser / Schlichte Schutz vor mech. beschädigung Handhabbarkeit und Verarbeitungseigenschaften verbessern Grenzfläche Schlichte / Matrix Anhaftungsverbesserung Chem. Kompatibilität Verhinderung von Delaminationsprozessen
• Definition Schlichte: Schlichte ist ein während des Herstellprozesses auf die Textilfasern aufgetragener Stoff, der die Weiterbehandlung, Verarbeitung erleichtert!  
• Nenne zwei Möglichkeiten das Ankoppeln an C-Fasern zu verbessern: 1. Schlichte. (Epoxidschlichte, Phenol-Schlichte, PU-Schlichte) 2. Oxidieren verbessert Haftung wegen größeren polaren Anteils!
• Nenne 3 Möglichkeiten zur Ankopplung an Aramidfasern: Webschlichte Elektronenbestrahlung: es entstehen Phenylradikale die mit Sauerstoff zu Peroxiden reagieren. Diese können Kovalente Verbindungen mit der Matrix eingehen! Niedertemperaturplasma:keine Faserschädigung, Sauerstoffplasma ->Reinigung und aktivierug der Oberfläche!
• Welchen Einfluss hat Feuchtigkeit auf Schlichten? Die meisten Haftvermittelnden Schlichten bestehen aus Polymeren mit guter Benetzungsfähigkeit der Fasern. Deswegen -> polare Gruppen -> Können Feuchte absorbieren!-> Erweichen der Grenzschicht-> Reduzierung der Bindefestigkeit zwischen Matrix und Faser
• Was ist die Voraussetzung für eine hohe Energieaufnahme bei FVK? mäßige Haftung!!! Bei zu starker Haftung können erhöhte Schubspannungen am Faserende auftreten und dies führt zu Rissen in der Matrix! Mäßige Haftung -> geringere Schubspannungen! (Grenzflächengleiten)
• Warum sollte die Matrix eine etwas höhere Bruchdehnung aufweisen als die Fasern? Um bei Einzelfaser-Rissen auftretende Spannungsspitzen besser abzubauen und nicht auf benachbarte Fasern zu übertragen!
• Stelle schematisch die Spannungsverteilung entlang einer Kurzglasfaer bei Zugbelastung dar. Unterscheide dabei zwischen elastischer und Viskoelastischer Matrix! Bild S. 26 VE04
• Definiere den Begriff "kritische Faserlänge" Diejenige Faserlänge, die benötigt wird, um soviel Spannungen von beiden Seiten über die Grenzfläche einzuleiten, dass die Faserfestigkeit erreicht wird, nennt man die Lc!
• Stelle den Zusammenhang zwischen Faserlänge und Zugfestigkeit grob dar: Welchen Einfluss hat die Faserlänge auf Schwindungsdifferenz, Wärmeformbeständigkeit? Solang die kritsche Faserlänge nicht überschritten wird, führt eine Verlängerung der Faser zu einer Festigkeitserhöhung. LINEAR! Wird die Lc erreicht ist die Festigkeitszunahme nur noch gering!(nicht mehr linear)!Verläufe S.33 VE04!aber beides nimmt zu!          . . . . . .                                        ...                                     ..                                 ..
• Welchen Einfluss hat der Glasfaseranteil auf dei Zugfestigkeit? Zuerst Schwächung des Verbundes v.a. bei spröder Matrix - Kerbwirkung Erst ab ca. 5 % deutlich Verstärkungswirkung! Obergrenze bei etwa 60% verarbeitungsbedingt!
• Erkläre verfeinfacht die Modellvorstellung von Reihen und Parallelschaltung Parallel: Identische Verformung, Addition der Kräfte   Reihe: Identische Kräfte; Addition der Verformung
• Erkläre den Begriff der Dehnungsvergrößerung: Verbund der quer zu den Fasern belastet wird entspricht vereinfacht einer Reihenschaltung. Dabei wird die Matrix deutlich stärker gedehnt, als der Faserstoff, da dieser meist ein deutlich höheres EMod aufweist. Dies senkt die Querzugfestigkeit des Gesamtverbundes herab.V.a. bei isotropen Fasern (Glas) enorm!
• Stelle schematisch das Spannungs/Dehnungsverhalten von UD und Gewebeverstärkung dar! Senkrecht und Parallel zur Faser bzw. BIAX Diagramm S. 43f VE04
• Stelle schematisch die Richtungsabhängigkeit des Emoduls am beispiel von glasfaserversärkten Einzelschichten dar! Diagramm S. 50 VE04
• Welche Folgen hat Schwindung auf Verbunde mit hohem Fasergehalt? Wie kann hier Abhilfe erfolgen? Bei hohem Fasergehalt liegen die Fasern im hexagonalen Gitter(dichteste Packung). Hierdurch lagern sich einzelne Fasern derart zueinander an, dass die thermischen Schwindungen oder Reaktionsschwindungen dazu führen, dass Harz von den Fasern abschwinden kann....   Abhilfe durch Reduzierung der Sschwindung.  Beispielsweise durch geeignete Füllstoffe!Beachte: Anisotrope Füllstoffe (Glasfasern) verringern die Schwindung in Faserrichtung stärker als in Querrichtung!
• Nenne 3 duroplastische Verbund - Halbzeuge SMC           Sheet Moulding Compound                     vorimprägnierte langfaserverstärkte Harzmatten zwischen                     PE-Trägerfolie., Verarbeitung im Heißpressverfahren   BMC           Bulk Moulding Compound                    formlose Masse, keine Mattenform. Fasern kürzer als SMC                   ebenfalls Heißpressverfahren PrePregs                    Vorimprägnierte ungehärtete flächige endlosfaserverstärlte                   Halbzeuge, gerichtete Fasern! C, G, Aramid, alles!                  hauptsächlich im Autoklaven verarbeitet!
• In welche Hauptgruppen lassen sich duroplastische Verarbeitungsprozesse grob unterteilen? Nenne Beispiele! Fließprozesse:  Heißpressen, Spritzgießen Drapierungsprozesse: Handlaminieren, Wickeln, Autoklavverfahren Kontinuierliche Prozesse : Pultrusion Injektions/Infusionsprozesse: Harzinfusion, Harzinjektion
• Nenne Vor/Nachteile vpn Heißpressen von BMC/SMC sowie 3 typische Anwendungsbeispiele! + großserientauglich, rel. kurze Zykluszeiten->billig!, beidseitig glatte Oberfläche - geringer Faservolumengehalt, mech.Eig. schlechter als bei Endlosfaserprodukten BSP: Heckdeckel Mercedes, Außenhaut Renault Espace,Montageplatte...
• Nenne die Schritte beim BMC SPritzgießen, sowie Vor und Nachteile und Beispiele: Dosieren (Formmasse auf niedrige Temp bringen) Einspritzen ( geschwindigkeitsgesteuert) Nachdrücken ( solange der Anschnitt noch nicht vernetzt ist, kann die Schwindung dadurch kompensiert werden) Härten im Werkzeug bei Tempeinfluss +großserientauglich, kurze Zykluszeiten->billig, glatte Oberfläche, hohe Formenvielfalt   -geringer Faservolumenanteil, Faserschädigung bei Verarbeitung, Begrenzte Bauteilgröße BSP:Reflektoren für Fahrzeugscheinwerfer, Ventildeckel Ford Explorer
• Vergleiche SMC und BMC hinsichtlich Festigkeit, Gestalt, Verfahren, Faseranteil und Faserlänge:                         SMC                        BMC Festigkeit         hoch                        gering Gestalt            plattenförmig           formlos Verfahren       Heißpressen           Heißpressen, Spritzgießen Faseranteil       hoch                       niedrig Länge               Langfasern           Kurzfasern
• WIe ist das Wickelverfahren definiert und welche Vorteile hat es? Kontinuierliches, definiertes, maschinelles Ablegen einer oder mehrerer vorimprägnierter Rovings auf einen Wickelkern. Der Kern und die Fadenführungselemente bewegen sich in einer zeitlich abhängigen, definierten geometrischen Anordnung zueinander!   Reproduzierbarkeit Automatisierbarkeit
• Beschreibe 2 verschiede Arten der Faserimprägnierung Walzenimprägnierunggut für bruchempfindliche Fasern, Harzfilm definierter Dicke auf Walze durch HarzabstreiferHarzanteil sehr gut steuerbarnur geringe Faservorspannkraft nötig Tautränkungnur für wenig bruchempfindliche Fasern geeignethöhere Harzaufnahme aber auch größerer Luftanteil als bei Walzentränkung
• Welche 4 Kernarten gibt es beim Wickelverfahren ziehbare Kerne demonitierbare Kerne Schmelz udn Lösekerne Verlorene Kerne
• beschreibe die 3 wichtigsten Wickelmuster beim Wickelverfahren: KreuzwickelmusterSchraubenlinie gekreuzt Polarwickelmusterpro Durchlauf wird die Ablagespur um eine Bandbreite versetzt RadialwickelmusterDas Faserband wird ca. 90° zur Rotationsachse abgelegt. SChlittenvorschub!
• Worauf muss beim Wickeln eines Kerns geachtet werden? Rutschsicherheit(Reibung zwischen Filament und Kern) Abheben(Briding) des Filaments vom Kern
• Nenne 4 Vor und Nachteile des Wickelverfahrens: +Reproduzierbarkeit+hoher Faservolumengehalt+gute mech. Bauteileigenschaften+Automatisierbarkeit+auch große Bauteile Herstellbar -nur rotationsähliche Bauteile-grenzen bei kleinen Wickelwinkeln und konkaven Oberflächen-lange Zykluszeiten-mäßige Oberflächenqualität
• Anwendungsbeispiele des Wickelverfahrens Rumpfspitze Verkehrsflugzeug Druckbehälter Auflieger Tanklastzug
• Vor und Nachteile des Nasspressens + für kleine bis mittlere Serien geeignet+ beidseitig glatte Bauteiloberflächen möglich - hohe Investitionskosten für Presse- aufwändige Reinigung der Formen- Faserhalbzeuge müssen sehr genau zugeschnitten sein- nur für einfach Geometrien
• Vor und Nachteile des Handlaminierens + sehr geringe Anlagen und Werkzeugkosten+ kleinste Stückzahlen möglich+ gute Oberflächenqualität durch Gelcoat möglich   - Reproduzierbarkeit gering- Qualität stark vom Handlaminierer abhängig-Lange Zykluszeiten- geringer Fasergehalt
• Vor und Nachteile des Faser-Harz-Spritzens: +kleinste Stückzahlen möglich+gute Oberfläche durch Gelcoat+Aufspritzen der Fasern durch Roboter automatisierbar - Lange zykluszeiten-geringer Fasergehalt-vergleichsweise schlechte Bauteileigenschaften /( keine endlosfasern)
• Vor und Nachteile des Vakuumsack-Verfahrens: +Nur eine feste Formhälfte nötog+Formhälfte muss keinem Verformungsdruck standhalten+hoher Faservolumengehalt möglich+gernige Werkzeug/Anlagekosten nötig -maximal 1 bar Druckunterschied möglich-lange Zykluszeiten
• Skizziere das Drucksackverfahren und nenne 2 vor und Nachteile: S.38 VE04+hoher Druckgradient möglich+hoher Faservolumengehalt mögich -sehr steife Stabile Formhälfte notwendig-lange zykluszeiten
• Beschreibe kurz das Autoklavenverfahren Meist eine Kombination aus Vakuum und Drucksackverfahren. Der Prepreg-Aufbau mit Vakuumsack wird in einen Druck-Kessel mit genau regelbarem Druck und Tempverlauf gebracht. Durch gezielten Luftstrom findet nun eine gleichmäßige Temperierung statt!
• Skizziere den Temperatur und Druck-verlauf im Autoklaven S.40 VE05
• Nenne je 3 Vor und Nachteile des Autoklaven-Verfahrens +geeignet für Prototypen und Kleinserien +gerine Werkzeugkosten +konstante sehr hohe Laminatqualität durch Verwendung von Prepregs   -hohe Investitionskosten für Autoklaven -Lange Zykluszeiten -teure Prepregs mit begrenzter Lagerungsfähigkeit
• Beschreibe das Verfahren der Pultrusion kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Profilen oder Platten Verstärkungsfasern werden in Form von Rovings, Matten, Geweben etc in einem Werkzeug hinzugefügt Die Verstärkungen werden mit hydraulisch bewegten Klemmen durch ein Werkzeug mit den Geometrien des herzustellenden Profils Fasern werden in Bad oder durch Injektion im Werkzeug getränkt
• Skizziere den Verfahrensablauf im Pultrusionswerkzeug S.44 VE05
• Nenne je 3 Vor und Nachteile der Pultrusion +Absolut großserientauglich +voll automatisierbar +sehr hoher Faservolumengehalt   -gernige Variationsmöglichkeit der Faserorientierung -geringe Variationsmöglichkeit der Bauteilgeometrie - große Stellfläche der Anlage
• Wodurch unterscheiden sich RTM und RI Verfahren? Resin Transfer Moulding: Ein Faserpreform befindet sich in einer geschlossenen Form, in die das Harz durch Überdruck gepresst wird! Resin Infusion: Im Faserpreform befindet sich ein Unterdruck. Das Harz wird anschließend durch den Umgebungsdruck in den Preform eingebracht.
• Skizziere den Aufbau einer RI Vorrichtung S.48 VE05
• Nenne Vor und Nachteile des Harzinfusionsverfahrens RI: +nur eine Formhälfte notwendig +auch sehr große Bauteile realisierbar +keine Schließkräfte +hohe Faservolumengehalte möglich +geringe Anlagen/Werkzeugkosten +hohe Laminatqualität + auch Kleinserien möglich   - lange Zykluszeiten -max. 1 bar Druckunterschied -hoher Verbauchsmittelbedarf(Folien...)
• Beschreibe die Schritte des RTM Verfahrens RTM = Harzinjektion Halbzeug -> Formteil preformen - > einlegen des Formteils in Form -> harz einspritzen(20bar): Imprägnieren und Aushärten - > entformen des fertigen Bauteils
• Nenne zwei Sonderverfahren des RTM Hohlkörperherstellung mit Schlauchblas-RTM ein Aufblasbarer Schlach hält den Gegendruck, rest analog!   Hochdruck-RTM Unterschied: Einlegen des Preformteils: danach EVAKUIEREN der FormEinspritzen des Harzes mit bis zu 100 bar! Vorteil: schnelleres Füllen der Form deutlich besseres Imprägnieren schnellere Harzreaktion -> kürzere Zykluszeiten Hervorragende Oberflächengüte hohes Maß an Prozesssicherheit und Wiederholgenauigkeit
• Vor und Nachteile der Harzinjektion RTM +für kleine und mittlere Serien geeignet +beidseitig glatte Bauteiloberflächen +mittlere Zykluszeiten +konst. hohe Laminatqualität +hoher Faservolumengehalt   - rel. hohe Werkzeug und Anlagekosten - zweiteiliges massives Werkzeug notwendig

zurück  |  weiter 1 / 2