Arne Böttcher

Development of a dilatometer for shrinkage analysis of thermosetting resin systems at accurate processing conditions of liquid composite moulding processes and exemplary results of the effects of varying processing conditions on chemical shrinkage of an epoxy resin

The processing of thermosetting resin systems in liquid composite moulding is accompanied by a change in density through chemical and thermal shrinkage during the curing reaction of the resin and cooling of a part from processing to operating temperature. These effects cause residual stresses and an undesired characteristic surface pattern in endless fibre reinforced plastics. However, the accurate measurement of the chemical and thermal shrinkage is challenging with state-of-the-art measurement devices, especially for highly reactive thermosetting resin systems. The main disadvantage is that it is not possible to recreate the processing conditions of modern liquid composite moulding processes during the measurement of the thermosetting resin systems and has therefore limited use for process optimisations. In this paper the development of a dilatometer, which is capable of measuring the shrinkage in highly reactive thermosetting resins providing the processing conditions of liquid composite moulding is presented. The effects of processing pressure and internal mould release agents on chemical shrinkage are analysed with the developed dilatometer for different epoxy resins. The trials demonstrate a significant effect of processing pressure on chemical shrinkage.

Syntaktische Schäume zur einstufigen Sandwichherstellung von FVK

Für hochbelastbare Strukturbauteile aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) werden aufgrund der hohen gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften vorzugsweise Endlosfasern mit duroplastischer Kunststoffmatrix eingesetzt, die belastungsgerecht in gestreckter Lage in Richtung des Kraftflusses im Bauteil orientiert sind. Der Faservolumengehalt (FVG) der Bauteile beträgt 50 bis 60 %. Eine Möglichkeit, das Gewicht solcher Bauteile zu reduzieren, besteht darin, den Kern des Bauteils zu schäumen und auf diese Weise ein Sandwich zu erzeugen. Die Sandwichstruktur besteht in der Regel aus einem dreischichtigen Aufbau, wobei die beiden Deckschichten aus entsprechend steifem und festem Material die tragende Struktur bilden. Die Zwischenoder Kernschicht übernimmt die Aufgabe, die Deckschichten zu stützen und die Querschubkräfte zu übertragen. Zusätzlich sorgt sie mit ihrem geringen spezifischen Gewicht für einen großen Abstand der Deckschichten, um damit das Trägheitsmoment des Querschnitts zu erhöhen [1]. Hinsichtlich der gewichtsspezifischen Anforderungen sind insbesondere Deckschichten aus oben beschriebenen FVK, die durch die gezielte Orientierung der Verstärkungsfasern eine optimale Ausnutzung der spezifischen Werkstoffeigenschaften ermöglichen, von Bedeutung. In der konventionellen Herstellung von Sandwichbauteilen aus FVK werden zum Beispiel vorgefertigte Polymerschäume (Polyurethanschaum, Polyvinylchloridschaum, Polystyrolschaum, Polyimidschaum etc.) oder strukturelle Waben (phenolharzgetränktes Aramidfaserpapier, Aluminium) als Sandwichkerne eingesetzt.

Neue Polyurethansysteme für die Produktion von Composite-Profilen

Aufgrund der vielfältigen Anforderungen werden pultrudierte Profile aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien gefertigt. Als Verstärkungsfasern kommen hauptsächlich günstige Glasoder hochsteife Kohlenstofffasern zum Einsatz. Als Matrixmaterialien werden klassischerweise günstige Vinylesterharze (VE) oder ungesättigte Polyesterharze (UP) eingesetzt. Für mechanisch hoch belastete Profile werden neben Epoxidharzen (EP) vermehrt Polyurethanharze (PUR) eingesetzt [1, 2]. Profile mit PUR-Matrix weisen hohe Festigkeiten und Steif igkeiten auf, die auf dem hohen Niveau von EP liegen (zum Beispiel Biegemodul quer zur Faserrichtung bei 54 Vol.% Glasfaseranteil circa 13 14 GPa) [3]. Bei der Verarbeitung von PUR muss der Prozess so ausgelegt sein, dass vor der Heizstrecke geringe und gleichmäßige Verweilzeiten auftreten, um ein vorzeitiges Aus härten und damit einhergehende Einbußen der Profilqualität und der Prozessstabilität zu vermeiden [4]. Dafür

Mold technology for mass production of continuous fiber-reinforced sandwich parts

Abstract In order to reduce cycle times, increase functional integration and automation further, the innovative gap impregnation process and mold technology was developed at the Institute of Plastics Processing at RWTH Aachen University (Germany) in collaboration with industry partners. The novel process enables an automated production of continuous fiber-reinforced sandwich composite structures in integral design with high surface quality in short cycle times, which is demonstrated by manufacturing a carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) engine hood. For the first time, the gap impregnation and mold technology makes it possible to manufacture large-scale, three-dimensionally shaped sandwich components in one shot and in short cycle times at similar mechanical properties compared to the reference steel hood. Furthermore, a weight reduction of about 60% to only 5 kg was achieved for the CFRP engine hood. This paper focuses on the systems engineering of the RTM-related gap impregnation process. The focus is on the utilized mold concepts for the pressurized air-assisted ejector pins, vacuum-tight sealing, the motion concept of the mold halves, resin traps, sensors for process control and the specially treated mold surfaces for class A surface components. Additionally, the main procedures, capabilities and characteristics of this innovative process are discussed.

Variotherme Direktverarbeitung von thermoplastischen FVK

Mit dem am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen entwickelten 3D-Faserspritzen von Hybridrovings lassen sich komplexe 3D-Preforms für thermoplastische Leichtbauteile automatisiert und verschnittoptimiert herstellen. Durch eine neu entwickelte, variotherme Direktverarbeitung können die endkonturnahen Preforms in einem Schritt imprägniert und zum Bauteil konsolidiert werden. Die im Preform gezielt eingestellten Faserorientierungen bleiben dabei erhalten, da bei der Verarbeitung keine Drapieroder Umformvorgänge notwendig sind. Die Imprägnierung und Konsolidierung erfolgt in einem hochdynamisch temperierten Presswerkzeug in Zykluszeiten von circa 3 min.