Qualitätssicherung Ultraschall liefert online Daten zur Aushärtung

Zur Kontrolle der Harzaushärtung im Werkzeug wurde ein Ultraschallverfahren entwickelt, das über den Härtungsverlauf kontinuierlich Aufschluss gibt. Es ermöglicht, Einflüsse auf den Prozess, die sich negativ auf die Composite-Bauteile auswirken, schon bei der Herstellung zu ermitteln.

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Bei der Herstellung von Bauteilen aus Composites wird das Glas- oder Kohlenstofffasergewebe mit flüssigem, reaktivem Harz (in der Regel auf Epoxid- oder Polyesterbasis) getränkt. Die Gebrauchseigenschaften entstehen aufgrund der Aushärtung im Werkzeug, basierend auf der chemischen Vernetzung des Tränkharzes. Die Beherrschung des Aushärtungsprozesses ist entscheidend für die Gebrauchseigenschaften.

Das gilt insbesondere für die Erzielung eines ausreichenden Aushärtungsgrads. Zur Onlinekontrolle und -dokumentation wurde deshalb ein Ultraschallverfahren entwickelt, das im Werkzeug den Verlauf der Aushärtung im Sekundenabstand erfasst. Sind mehrere Sensoren installiert, lässt sich zudem die Fließfront des Harzes lokalisieren.

Aus flüssigem Kunststoff entsteht eine robuste Matrix

Reaktive Kunststoffe bieten den Vorteil, im Ausgangszustand flüssig oder bei niedriger Temperatur schmelzend zu sein. Dadurch können sie problemlos die Faserstruktur im Werkzeug ausfüllen. In einem zweiten Schritt erfolgt dann die Aushärtung, bei der irreversible chemische Bindungen zwischen benachbarten Molekülen entstehen. Infolge der Vernetzung steigt die Glasübergangstemperatur dramatisch an und sorgt für die erforderlichen Gebrauchseigenschaften, die sich oft durch eine besonders hohe Gebrauchstemperatur und hohe Festigkeit auszeichnen.

Die historisch älteste Materialklasse mit diesem Verhalten sind die duroplastischen Formmassen, darunter das auf Basis von Phenolharz (PF) hergestellte Bakelit. Dessen Produktionsbeginn in Erkner (Brandenburg) hat sich im Jahr 2009 zum 100. Mal gejährt.

Andere bekannte Formmassen basieren auf Melamin- (MF) und Harnstoff-Formaldehyd (UF). Heute spielen Epoxid- (EP) und ungesättigtes Polyesterharz (UP) eine bedeutende Rolle. Auf deren Basis kann man sowohl Formmassen als auch Gieß- und Tränkharze herstellen.

Bedeutenden Matrixwerkstoffe für faserverstärkte Kunststoffbauteile

Die Kombination von reaktiven Harzen mit Glas- oder Kohlenstofffasern führt zu einem völlig neuen Eigenschaftsspektrum. Beginnend mit den UP-Harz-Werkstoffen BMC (bulk moulding compound) und SMC (sheet moulding compound) haben sich diese Materialien zu bedeutenden Matrixwerkstoffen für faserverstärkte Kunststoffbauteile entwickelt.

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