In situ Hybridisierung beim Tiefziehen - Thermoplastische Faser-Metall-Laminatbauteile (FML) basierend auf reaktiv verarbeitetem Gusspolyamid 6

Projekt: Forschung

Projektbeteiligte

  • Ben Khalifa, Noomane (Wissenschaftliche Projektleitung)
  • Henning, Frank (Wissenschaftliche Projektleitung)
  • Weidenmann, Kay André (Wissenschaftliche Projektleitung)

Beschreibung

Strukturteile aus Faser-Metall-Laminate (FML) sind leistungsfähige Hybridwerkstoffkonzepte, die heute ansatzweise kommerziell vor allem in der Luft- und Raumfahrt als Strukturwerkstoffe verwendet werden. Eine breitere technische Verwendung scheitert mangels geeigneter Produktionstechnologien, um FML in reproduzierbarer Qualität in großserienfähigen Fertigungsprozessen mit endkonturnahen Geometrien, die über leicht gekrümmte, flächige Bauteile hinausgehen, herzustellen. Dazu sind heute entweder mehrstufige Fertigungsverfahren notwendig oder die Fertigung erfolgt gar nur bedingt faserverbundgerecht, indem Faltenwurf oder das Reißen von Fasern in stark umgeformten Bereichen hingenommen werden. Das Ziel dieses Vorhabens ist daher Strukturbauteile aus FML basierend auf Aluminium- oder Stahlblechen in einem direkten, kombinierten Tiefzieh- und Infiltrationsprozess intrinsisch endkonturnah zu fertigen, wobei die Hybridisierung auf der Verwendung einer reaktiven, monomeren Vorstufe einer Thermoplastmatrix (T-RTM) beruht. Die Idee ist dabei, dass die niedrige Viskosität während der Umformung noch Faserumlagerungen ermöglicht und so große Umformungen des FML direkt in der Konsolidierungsphase erfolgen können, ohne die Faserverbundkomponente zu schädigen. Neben den produktionstechnischen Untersuchungen wird durch Prozess- und Struktursimulationen, sowie geeignete werkstoffkundliche Untersuchungen das Verständnis für die Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen dieser neuartigen thermoplastischen FML erarbeitet. Aus produktionstechnischer Sicht stellt sich dabei die Frage, wie und zu welchem Zeitpunkt der Injektionsprozess optimal mit dem Umformprozess des mehrlagigen Faser-Metall-Laminats zu kombinieren ist. Außerdem ist es von Interesse die Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen unter Berücksichtigung des Schädigungsfortschritts in thermoplastbasierten FML systematisch abzuleiten. Da die Faserverbundkomponente im Laminatinneren liegt und auch CT-Untersuchungen aufgrund des Vorhandenseins von Metalllagen problematisch sind, ist es notwendig angepasste experimentelle sowie simulative Untersuchungsmethoden zu entwickeln. Des Weiteren sollen unterschiedliche Verfahren zur Vorbehandlung der Metalloberflächen untersucht werden, mit dem Ziel, in Verbindung mit der Polymerisationsreaktion der Matrix, eine optimale Grenzflächenhaftung zu erreichen. Hinsichtlich des Strukturverhaltens der FML stellt sich zudem die Frage, wie sich die viskoelastisch-viskoplastischen Eigenschaften der Metall/Polymermatrix-Grenzflächen auf das thermische und mechanische Verhalten des hybriden Verbundes übertragen und wie diese Eigenschaften in der Modellierung bestmöglich abgebildet werden können.
StatusAbgeschlossen
Zeitraum01.07.1831.12.18

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