Struktur und Eigenschaften eines modular aufgebauten Epoxidharzsystems für Injektionsanwendungen

Aufgrund ihres Leichtbaupotentials sind Hochleistungsfaserverbunde ein stark wachsender
Markt. Heute ist je nach Anforderungsprofil der Einsatz einer Vielzahl an
Harzsystemen in der industriellen Anwendung üblich. Für eine weitere Verbreitung
müssen allerdings die Kosten reduziert werden und damit sowohl das Potential dieser
anisotropen Werkstoffe durch ein belastungsgerechtes Design optimal ausgeschöpft,
als auch der Qualifizierungsaufwand reduziert werden.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, durch den Ansatz eines modular aufgebauten Epoxidharzsystems
einen Beitrag zu leisten und auf Basis eines Referenzsystems das Potential
unterschiedlicher Ansätze bezüglich der Wirkungsweise von Formulierungsbestandteilen
zur Beschleunigung, zu internen Trennmitteln, zur Zähmodifizierung
und zum Flammschutz bzw. deren Kombinationen aufzuzeigen.
Dazu wurden neuartige und kommerziell nicht verfügbare Epoxidharzformulierungen
dargestellt, die Rezepturen entsprechend systematisch variiert und Zusammenhänge
zwischen der Struktur der eingesetzten Formulierungskomponenten, den Verarbeitungsparametern
und den Materialeigenschaften erarbeitet.
So lässt sich durch eine geeignete Kombination aus Beschleuniger, -konzentration
und Werkzeugtemperatur die offene Zeit je nach Bauteil anpassen ohne die Basischemikalien
des Systems zu verändern.
Es wurde ein Prüfstand aufgebaut, der es erlaubt interne Trennmittel vergleichend zu
untersuchen und ein gut funktionierendes Trennmittel wurde indentifiziert.
Aus unterschiedlichen Ansätzen zur Zähmodifikation des Injektionssystems zeigten
Kern-Schale-Teilchen und Dendrimere die effektivste Steigerung der Zähigkeit.
Bei den Formulierungen zum Flammschutz ergibt sich vor allem eine Korrelation zwischen
der Additivkonzentration und der Netzwerkdichte. Eine Verbesserung bzgl. der
Entflammbarkeit konnte nachgewiesen werden, allerdings liegen die Rezepturen an
der Grenze einer industriellen Verarbeitbarkeit. Mit flüssigen Flammschutzmitteln
wurde ein nachvernetzender Effekt gefunden, der zu einer Steigerung der Glasübergangstemperatur
führt.
Mit Formulierungen, die eine Kombination aus Flammschutzmittel und Zähmodifikation
enthalten, lassen sich zwar gute mechanische Eigenschaften darstellen, eine industrielle
Verarbeitung in LCM-Prozessen ist jedoch nicht denkbar.
Diese Arbeit zeigt, dass sich bei geeigneter Formulierung auf einer chemischen Basis
maßgeschneidert unterschiedliche Eigenschaften einstellen lassen.