Robuste Härtungsverfahren
High-Tech-Verbundwerkstoffe für die Luft- und Raumfahrtindustrie haben Leistung und Funktionalität von Luftfahrzeugbauteilen deutlich verbessert und gleichzeitig Gewicht, Treibstoffverbrauch und Emissionen gesenkt. Jedoch wird oft hinterfragt, ob die Anwendung des Aushärtungsverfahrens in Anbetracht seines hohen Energieverbrauchs und der mangelhaften Kontrolle über die Verarbeitungsparameter noch zu rechtfertigen ist. Dank einer wissensbasierten Optimierungssoftware, die mit EU-Unterstützung des Projekts OPTO-CLAVE entwickelt wurde, können Hersteller hochwertiger Verbundwerkstoffbauteile ihre Autoklaven nun deutlich effektiver und effizienter einsetzen. Numerische Verfahren zur Beschreibung des Materialverhaltens, darunter die Aushärtungskinetik relevanter Harzsysteme, waren zusammen mit einer neuartigen Methodik zur Bestimmung der Glasübergangstemperatur grundlegend für die Systemidentifikationskomponente. Die Software berücksichtigt die Abmessungen des Autoklavs, die Form des Verbundwerkstücks, die Materialspezifizierungen, die Materialzustandsmodelle und tatsächliche Temperaturdaten aus früheren Vorgängen. Das Systemidentifikationsmodul berechnet anschließend den Wärmeübertragungsalgorithmus des Autoklavs, der für den folgenden Optimierungsschritt erforderlich ist. Es wird erwartet, dass das Wärmeübertragungsmodell als eigenständige Komponente vermarktet werden kann, da es nicht nur für die Luft- und Raumfahrt, sondern auch für die Automobilindustrie und die Windenergiebranche interessant sein könnte. Bei der Optimierung werden die Grenzen der Materialien und Verfahren durch einen Aushärtungsprofil- Optimierungsalgorithmus berücksichtigt, der ebenfalls als eigenständige Version vermarktet werden soll. Die DETA-LEARN-Software berechnet außerdem den Energieverbrauch eines gegebenen Vorgangs. Der Optimierungsalgorithmus errechnet alternative Aushärtungsvorgänge mit reduzierter Verarbeitungszeit oder geringerem Energiebedarf oder zum Erreichen bestimmter Materialspezifikationen. OPTO-CLAVE stellte eine wichtige Prozessoptimierungssuite für Hersteller hochwertiger Verbundwerkstoffe bereit, die zur Aushärtung von Harzen auf Autoklaven angewiesen sind. Durch den Einsatz der Software bei der Herstellung einer versteiften Verbundplatte wurde die Aushärtungszeit um 12 % und der Energieverbrauch um 16 % gesenkt. Die Wissenschaftler planen, die DETA-LEARN-Software mit dem bereits existierenden Überwachungssystem DETA-SCOPE (Dielectric Thermal Analysis & Spectroscopic Evaluation of Polymerisation Reactions) eines Partners zu kombinieren. DETA-SCOPE wurde entwickelt und an Hersteller vermarktet, die das Aushärtungsverfahren einsetzen. Mit Zielgruppen in der Luftfahrt, der Automobilindustrie und der Windenergiebranche wird die Kombination eine sofortige Marktdurchdringung gewährleisten.
Schlüsselbegriffe
Aushärtungsverfahren, Verbundharze, Luft- und Raumfahrt, Luftfahrzeugbauteile, Autoklaven, Aushärtungskinetik, Wärmeübertragung
