Einsatz von Leistungsultraschall in der geschlossenen Injektions-Pultrusion
Frederik Wilhelm
Die Pultrusion ist ein hoch automatisierbarer Prozess und weist, innerhalb der Technologien zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, eine ausgezeichnete Ressourceneffizienz auf. Im industriellen Umfeld werden die trockenen Faserhalbzeuge überwiegend durch ein offenes Tränkbad imprägniert. Aufgrund sich verschärfender Arbeitsschutzrichtlinien und dem zunehmenden Einsatz von hochreaktiven Matrix-Systemen wird die Entwicklung zur geschlossenen Injektions-Pultrusion vorangetrieben. Eine Hürde für den verbreiteten Einsatz dieser Imprägnierungsart ist außerdem die große Herausforderung, trockene Faserhalbzeuge im kompaktierten Zustand vollständig und gleichmäßig zu imprägnieren. Als Resultat weisen die gefertigten Bauteile stark gestreute und reduzierte mechanische Eigenschaften auf. In der Arbeit soll geklärt werden, wie durch akustische Kavitation, erzeugt durch Leistungsultraschall (LUS), die Imprägnierungsproblematik reduziert oder im besten Fall beseitigt werden kann.
Hierfür werden die Effekte des LUS auf die Verstärkungsfaser (Glas- und Kohlenstofffaser), die Matrix (Epoxidharzsystem) und das Faser-Matrix-System charakterisiert. Daraus werden die Belastungsgrenzen ermittelt, bei denen das Faser-Matrix-System durch LUS keine Beschädigungen erfährt. Die Belastungsgrenzen definieren den Untersuchungsraum der anschließenden Analysen. Durch die Verknüpfung des LUS mit der Pultrusion wird der Effekt des LUS auf die Prozess- und Bauteilgrößen im Prozess herausgearbeitet. Anschließend wird ermittelt, inwieweit der LUS das Faserpaket aufbauscht beziehungsweise ausweitet, die Viskosität der Matrix beeinflusst und die Faser-Matrix-Haftung ändert.
Das große Potenzial des LUS besteht darin, dass lokal konzentriert eine sehr hohe Energiemenge – gezielt und in kurzer Zeit – eingekoppelt werden kann. Für die konventionelle Pultrusion ergeben sich hieraus keine Vorteile. Für Abwandlungen mit einem diskontinuierlichen Abzug entstehen jedoch mannigfaltige Möglichkeiten.
