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Thermoplastische faserverstärkte Sandwichstrukturen für strukturelle Helikopteranwendungen

Faserverstärkte Sandwichstrukturen bieten großes Leichtbaupotential für die Luftfahrt. Der Austausch duroplastischer Materialien durch faserverstärkte thermoplastische Materialien, sowie der Ersatz von Nomex®-Waben (® = registered trademark) durch Schaumkern-strukturen ist vielversprechend für die Senkung der Herstellungs- sowie Wartungskosten von Luftfahrzeugen.

Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit der Entwicklung von luftfahrttauglichen Sandwichstrukturen aus karbonfaserverstärkten (CF) Polyetheretherketon (PEEK) Deckhäuten und einem Polyetherimid (PEI) Schaumkern sowie deren Herstellungsprozess. Ziel dabei ist es, die Deckhäute und den Schaumkern über eine Schmelzverbindung, welche hohe Verbindungsfestigkeiten in kurzen Zykluszeiten ermöglicht, zu fügen. Vorversuche zeigen jedoch, dass sich die CF/PEEK-Deckhäute und der PEI-Schaumkern aufgrund ihrer divergierenden Verarbeitungsfenster im Hinblick auf Temperatur und Druck nicht ohne Weiteres über eine Schmelzverbindung fügen lassen. Aus diesem Grund wird der Herstellprozess an den “Thermabond“-Prozess, welcher auf der Anreicherung einer Deckhaut-Seite mit einem zweiten Polymersystem (in diesem Fall mit einer PEI-Schicht) basiert, angepasst und ein konvergentes Prozessfenster geschaffen. Um Verständnis für die Prozess-dominierenden Mechanismen zu gewinnen sowie ein geeignetes Prozessfenster zu identifizieren, wird ein theoretisches Modell für den Herstellprozess abgeleitet. Dieses Modell ermöglicht die Vorhersage der Deckhaut-Kern-Verbindungsfestigkeit in Abhängigkeit von verschiedenen Deckhaut- und Kerntemperaturen.

Die experimentell nachgewiesenen Eigenschaften im Vergleich mit duroplastischen Referenz-Sandwichstrukturen verdeutlichen das Potential der thermoplastischen Sandwichstrukturen im Hinblick auf die hohen Verbindungsfestigkeiten und die wesentlich kürzeren Herstellungszykluszeiten, heben jedoch auch den PEI-Schaumkern als Schwachstelle der Strukturen hervor. Daraufhin wird eine Methode zur Verstärkung der Schaumkerne vorgestellt, welche es ermöglicht, die Kerneigenschaften bzw. die Eigenschaften der gesamten Sandwichstruktur zu verbessern.

Des Weiteren wird in dieser Arbeit die Prozesstauglichkeit der thermoplastischen Sandwichstrukturen am Beispiel eines geformten, dreidimensionalen Schubpaneels nachgewiesen.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Jonas Grünewald

Jonas Grünewald
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Universität Bayreuth

Informationen

Freie Schlagwörter: Thermoplastische faserverstärkte Sandwichstrukturen, Verbundwerkstoffe, Strukturelle Helikopteranwendungen, Schmelzfügeprozess, Schmelzfügeprozess-Model, Sandwich-Charakterisierung
Institut / Lehrstuhl: Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth
Sprache: Englisch
Fachgutachter: Professor Dr.-Ing. Volker Altstädt, Professor Dr.-Ing. Alois K. Schlarb
Erscheinungsjahr: 2018
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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