Mikrowellenerwärmung härtet Verbundwerkstoffe aus

Leichte und feste Polymermatrix-Verbundwerkstoffe (PMCs, polymer matrix composites) sind in zahlreichen Branchen weit verbreitet. EU-finanzierte Wissenschaftler entwickeln derzeit Technologie, um Dauer, Kosten und Energieverbrauch der PMC-Herstellung deutlich zu senken.

Energie

Die Serienfertigung leichter Bauteile bei geringeren Kosten ist für Industrien wir die Automobil- und Eisenbahnbranche unerlässlich. Gleichzeitig sehen sich kleine und mittlere Unternehmen (KMU), die Komponenten aus PMCs herstellen, mit steigendem Wettbewerb aus Niedriglohnländern konfrontiert. Im Rahmen des Projekts "Novel tooling for composites curing under microwave heating" (MU-TOOL) entwickeln EU-finanzierte Wissenschaftler derzeit Verfahren zur Mikrowellenerwärmung, um die Verarbeitungszeiten und -kosten zu senken und gleichzeitig den Energieverbrauch des Vorgangs deutlich zu reduzieren. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Verwendung einer Mikrowellenabsorberschicht auf der Innenseite eines Keramikwerkzeugs. Keramik ist mikrowellendurchlässig und ermöglicht der Energie, die Absorberschicht zu erreichen, wo sie in Wärme umgewandelt wird, ohne dass das ganze Werkzeug erwärmt werden muss. Diese Wärme wird auf das Verbundwerkstoffteil übertragen, sodass effizientere Verarbeitung und niedrigere Emissionen möglich sind. Auf Grundlage der Bearbeitbarkeit und des Wärmeausdehnungskoeffizienten (niedrig, um den Wärmeverzug zu minimieren) wählten die Wissenschaftler Cordierit für das Werkzeug aus, ein Keramikmaterial auf Tonerde-Basis. Das Ferritpulver F100b wurde für die Absorberschicht bestimmt. Die Partner prüfen nun zahlreiche Kombinationen von Cordierit- und Ferritpartikeln in verschiedenen Lösungen sowie Tensiden und verwenden Freeze-Casting, um Muster des geplanten Werkzeugs herzustellen. Experimente sind im Gange, um die Mikrowellenabsorption und anschließende Temperaturverteilung zusammen mit den mechanischen Eigenschaften des Werkzeugs zu optimieren. Zudem untersuchen die Forscher die Möglichkeit auf Thermisches Spritzen der Ferrite auf die Keramikoberfläche. Die Wissenschaftler konnten die Mikrowellenkammer erfolgreich modellieren und die gleichmäßige elektromagnetische Strahlung demonstrieren, die zum Aushärten der Verbundwerkstoffteile in der Kammer erforderlich ist. Sie wählten ein Teil eines Flugzeugrumpfs sowie eine Haube eines Handbremsenhebels zur Demonstration und bestimmten jeweils die Werkzeuganforderungen. Das MU-TOOL-Projekt befindet sich auf einem guten Weg, eine kosteneffektive und energieeffiziente Technologie zur Mikrowellenaushärtung bereitzustellen, die auf Verbundwerkstoffteile im Verkehrssektor ausgerichtet ist. Sinkende Herstellungszeiten und -kosten werden bedeutende Auswirkungen auf zahlreiche KMU in Europa haben, die PMC-Teile herstellen. Verringerter Energieverbrauch wird die Umweltbelastung dieser Verfahren reduzieren, was ein immer wichtiger werdendes Anliegen der EU, der Hersteller und der Konsumenten darstellt.

Novel tooling for composites curing under microwave heating

Mikrowellenerwärmung härtet Verbundwerkstoffe aus

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