Herstellung von Verbundwerkstoffen mittels Mikrowellenerwärmung
Für die Polymerisation von Harzen, auch 'Aushärten' genannt, werden meist Hitze, UV-Strahlung oder chemische Katalysatoren verwendet. Diese Methoden sind jedoch entweder undurchführbar oder benötigen lange Aushärtezeiten, wodurch Kosten und Energieverbrauch ansteigen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts 'Microwave assisted curing for carbon fibre reinforced epoxy composites' (WAVECOM) entwickelten Forscher Erwärmungstechniken mit Mikrowellen, um Verarbeitungszeit und Kosten zu senken. Der Fokus lag auf der Auswahl geeigneter Suszeptormaterialien, um die Absorption von Mikrowellenstrahlung zu verbessern und dadurch die Erwärmungszeit des Harzes zu verringern. Polymeradditive wie dipolare organische Moleküle oder nanostrukturiertes magnetisches Material wurden dem Harz hinzugefügt. Mit den richtigen Übergangstemperaturwerten wurde der modifizierte, im Vorhinein mit Epoxidharz beschichtete Kohlenstoff mittels Mikrowellenerwärmung ausgehärtet. Ein wichtiger Teil der Arbeit war die Untersuchung der Auswirkungen von Mikrowellenerwärmung auf die Eigenschaften der Proben wie etwa Schwund oder Deformation der hergestellten Teile. Um Eigenspannung und Verzerrung zu bestimmen, wurden Faser-Bragg-Gittersensoren verwendet. Es wurden mehrere Mikrowellenantennen geprüft, um die Aushärtung komplexer Probenformen zu ermöglichen, und das Mikrowellen-Aushärtesystem wurde in einen sechsachsigen Roboter integriert. Das Projektteam wählte dann die passenden Formmaterialien aus, welche wenig Deformation und Abrieb aufwiesen. Die Form selbst wurde mit einem vakuumgestützten Infusionsverfahren entwickelt. Im Vergleich zu konventionellen Aushärtemethoden senkt die Mikrowellen-Aushärtung die Verarbeitungszeit um etwa 30 %, und auch die Mikrowellenausstattung ist nur halb so teuer. Die Fortschritte in diesem Bereich sollen die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie steigern.
Schlüsselbegriffe
Kohlenstofffaserverstärkt, Epoxid-Verbundwerkstoff, Mikrowellenerwärmung, Harz, Verarbeitungszeit
