Prozessanalyse des pseudo-plastischen Verformungsverhaltens von unidirektional verstärkten Stapelfaser-Organoblechen

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Das Projekt „Prozessanalyse des pseudo-plastischen Verformungsverhaltens von unidirektional verstärkten Stapelfaser-Organoblechen“ zielt darauf ab, Stapelfasergarne aus recycelten Kohlenstofffasern (rCF-SF) durch eine innovative Prozesskette für die Herstellung von unidirektional verstärkten Organoblechen zu nutzen. Dabei sollen sowohl CF-Primärabfälle verwertet als auch durch das pseudo-plastische Verformungsverhalten der rCF-SF beim Thermoformen neue Anwendungsfelder erschlossen werden.

Im Projekt wurden Stapelfasergarne aus recycelten Kohlenstofffasern (rCF) und PA6-Fasern von der Wagenfelder Spinnerei GmbH hergestellt und anschließend in einem modifizierten Imprägnier- und Kalandrierprozess am IVW zu Tape-Halbzeugen weiterverarbeitet. Dabei wurden der Einfluss der Prozessparameter (Temperatur, Prozessgeschwindigkeit und Verstreckung) auf die mechanischen Eigenschaften sowie makroskopische (Breite und Dicke) und mikroskopische Eigenschaften (Faserorientierung und Imprägnierung) untersucht.

Die hergestellten rCF-SF-Tapes wurden anschließend im automatisierten Tapelegeprozess (7 NL/min) zu Tapepreforms weiterverarbeitet. Diese Tapepreforms wurden im Autoklaven (25 Min. Haltezeit bei einer Zieltemperatur von 265 °C und 25 bar Druck, Gesamtprozesszeit 118 Min.) zu Organoblechen verarbeitet und anschließend mit Hilfe eines neu entwickelten Prüfaufbaus auf ihr pseudo-plastisches Verformungsverhalten untersucht. Dieser Prüfaufbau ermöglichte eine lokale, homogene Erwärmung der Zugproben im belasteten Bereich. Nach Erreichen der Zieltemperatur wurde ein Schnellzugversuch durchgeführt, gefolgt von einer Rekonsolidierung der Proben. Zur Analyse des pseudo-plastischen Verhaltens wurden verschiedene Prozessparameter, darunter Prüfgeschwindigkeit, Prüftemperatur und Gesamtverstreckung der SF-Tapes, systematisch variiert. Die gewonnenen Ergebnisse dienen als Grundlage für die Entwicklung eines Simulationsmodells, das eine präzise Beschreibung des Prozessverhaltens beim Thermoformen ermöglicht, welches abschließend in realen Thermoformversuchen validiert wird.

Das Projekt „Prozessanalyse des pseudo-plastischen Verformungsverhaltens von unidirektional verstärkten Stapelfaser-Organoblechen“ wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Förderkennzeichen 471480678.

Rekonsolidierte Probe nach dem temperierten Zugversuch

Prüfmodul für temperierte Zugversuche

Kontakt

M.Sc.

Martin Detzel

Wiss. Mitarbeiter Remanufacturing & Repair