SMC Simulation

Um das Verständnis für die Herstellung und die Verarbeitung von kohlenstofffaserverstärkten Sheet Molding Compounds (C-SMC) weiter auszubauen und damit die Vorhersage der strukturellen Eigenschaften eines fertigen Bauteils zu verbessern, sind Kenntnisse über Faserorientierung, -länge und -gehalt sowie der Interaktion zwischen den Fasern und der Matrix unabdingbar. Durch Ausnutzen des polarisierenden Effekts bei der Reflexion einfallenden Lichts an den Oberflächen der Kohlenstofffasern kann die Faserverteilung und -orientierung von C-SMC mithilfe einer Polarisationskamera produktionsbegleitend aufgenommen werden. Die direkte Integration der Kamera in eine SMC-Produktionslinie erlaubt die in-situ Beobachtung der Entstehung der verstärkenden Faserstruktur eines C-SMC-Halbzeugs. In einem nachgeschalteten Digitalisierungsprozess wird aus dem von der Kamera aufgenommenen Stapel von 2D-Bildern eine vollständige dreidimensionale digitale Repräsentation der Faserstruktur für eine komplette Halbzeugrolle erzeugt. Das digitale Abbild dient der Qualitäts- und Prozesskontrolle der Halbzeugproduktion und ermöglicht als Eingangsinformation die numerische Modellierung der Faserausrichtung und des Matrixflusses während des SMC-Fließpressens. Zur experimentellen Bestimmung des Matrixflusses durch die Faserstruktur eines C-SMCs werden auf der selben SMC-Produktionslinie Probekörper mit vergleichbarer Faserstruktur in Form von trockenen Kohlenstofffasermatten hergestellt und für Permeabilitätsversuche verwendet. Während dieser Versuche wird der trockene Probekörper unter Vakuum und unterschiedlichen Fließspalthöhen mit einem harzähnlichen Material imprägniert. Die Messung der Fließfrontposition erlaubt die Kalkulation der Permeabilität der losen Faserstruktur. Die genaue Beobachtung des Fließfrontverlaufs lässt weiterhin auch eine qualitative Beurteilung der gegenseitigen Beeinflussung von Matrixfluss und Faserstruktur zu.

Durch die Entwicklung von Mess-, Digitalisierungs- und Analysetechniken für Eigenschaften und Verhalten von C-SMC-Werkstoffen wird das Verständnis für die strukturellen Eigenschaften fertiger Bauteile verbessert.