Über das Fließverhalten von Epoxidharzsystemen und vibrationsunterstützte Harzinfiltrationsprozesse

Der Prozessauslegung zur Herstellung endlosfaserverstärkter Kunststoffbauteile in Harzinfiltrationsverfahren liegt meist die Annahme newtonschen Fließverhaltens des duromeren Harzsystems zu Grunde. Allerdings waren in der Fachliteratur keine Studien über das Fließverhalten gängiger Infiltrationsharzsysteme auffindbar.

Die rheologischen Untersuchungen dieser Arbeit mit einer Auswahl an weit verbreiteten Epoxidharzsystemen aus den Industriezweigen Windkraft, Automobilbau und Luftfahrt zeigen ein von der Temperatur und vom Vernetzungsgrad abhängiges scherverdünnendes Verhalten im niedrigen Scherratenbereich (< 100 1/s). Die Auswirkungen auf den Infiltrationsprozess werden im Rahmen einer numerischen Parameterstudie mit CFD-Simulationen auf Mikrostruktur- und Mesozellenebene bewertet. Dabei werden im Mikroflussbereich teils erhebliche Abweichungen im Massenstrom (> 90 %) verglichen mit der newtonschen Betrachtung festgestellt. Für abnehmende Strömungsgeschwindigkeiten sind auch im Makroflussbereich vermehrt Unterschiede zu verzeichnen (< 15 %). Außerdem verschärft scherverdünnendes Fließverhalten die Entstehung von Poren aufgrund verstärkt auftretender unterschiedlicher Fließgeschwindigkeiten im Mikro- und Makroflussbereich.

Das identifizierte scherverdünnende Fließverhalten wird versucht in vibrationsunterstützten Harzinfiltrationsprozessen hinsichtlich einer optimierten Werkzeugfüllung zu nutzen. In den dazu durchgeführten Füllstudien können die Effekte einer erhöhten Materialkompaktierung (Nesting) und eines reduzierten Porengehaltes in Folge der Vibrationsunterstützung nachgewiesen werden. Auswirkungen der mittels eines Vibrationsmotors generierten Wandvibrationen auf die Fließgeschwindigkeit werden nicht festgestellt.