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Wirtschafts- und Betriebswissenschaften

Stephanie LOIKE (2012)

QM Junior

"Werkstoffoptimierung für serienmäßige RTM-Strukturbauteile " (Masterarbeit)


Der RTM-Prozess (Resin Transfer Moulding) ist als kostengünstiges Produktionsverfahren im industriellen Bereich weitgehend automatisiert. Dennoch gibt es im Bereich der verwendbaren Einsatzstoffe und Preforms vor allem in Hinblick auf die Produktionszeiten in der Serienfertigung wirtschaftliches Optimierungspotential. Eine entsprechende Werkstoffoptimierung muss immer auch mit einer Überprüfung und Sicherstellung der mechanischen Einsatztauglichkeit der resultierenden Laminate einhergehen. Zielsetzung der Masterarbeit war es, zunächst auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche den gegenwärtigen Stand der Technik im Bereich Preformgestaltung für den RTM-Prozess und die erzielbaren mechanischen Eigenschaften entsprechender Composite-Werkstoffe darzustellen. In weiterer Folge wurde für zwei RTM-taugliche Polyurethanmatrixharzsysteme eine grundlegende Werkstoffcharakterisierung sowohl auf Reinharz- als auch auf Laminatebene (mit Glas- und Carbonfaserverstärkung) durchgeführt. Folgende Prüfverfahren wurden verwendet:

  • Dynamisch-mechanische Analyse
  • Zug- und Druckversuche
  • Bruchmechanische Untersuchungen zur Bestimmung der kritischen Risszähigkeit und der interlaminaren Energiefreisetzungsrate

Bei der Literaturrecherche ergab sich, dass vor allem die heutige textile Preformgestaltung mittels Sticken, Nähen oder Verweben im Bereich der 3D-Verstärkungen ein großes Potential hinsichtlich verbesserter Schadenstoleranz und Strukturstabilität hat. Die experimentelle Charakterisierung der PUR-Laminate ergab für die glasfaserverstärkten Werkstoffe sowohl Zug- als auch Druckeigenschaften, die sich mit Bezug auf Literaturangaben auf ähnlichem Niveau der E-Modulwerte und Festigkeiten vergleichbarer Epoxidharz-Laminate befinden. Demgegenüber erreichen carbonfaserverstärkte Laminate zwar höhere Zugfestigkeiten, als vergleichbare Epoxidharz-Laminate, jedoch niedrigere Zugmodulwerte und Druckeigenschaften. Als Grund dafür kann die noch nicht optimal abgestimmte Faser-Matrix-Haftung zwischen PUR-Matrix und Carbonfasern vermutet werden, wobei auch mögliche Messunsicherheiten nicht auszuschließen sind. Sowohl bei der Risszähigkeit der Reinharze als auch bei der interlaminaren Risszähigkeit auf Laminatebene liegen die untersuchten PUR-Harze über den aus der Literatur angegebenen Werten für entsprechende Standard-Epoxidharzsysteme. Einschränkend ist jedoch anzumerken, dass aufgrund der Unterschiede in der Faseranordnung ein Vergleich mit Literaturangaben nur bedingt möglich ist.

 


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