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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Erhöhter Faservolumengehalt durch erwärmen vor Ablauf der Gelzeit ?



DocLecter
16.09.2015, 15:30
Moin moin,

Ich hab mal wieder ne Frage, die in der Theorie zwar völlig klar ist, aber in der Praxis...

Also, da ich keine Möglichkeit habe Werkstoffproben selbst anständig zu veraschen und ich somit das Ergebnis nicht kontrollieren kann, dachte ich ich frag mal nach.

Im Handlaminat mit Vakuum Pressung sind die Faservolumengehalte ja immer deutlich ungünstiger als bei einer fachkundigen Vakuuminfusion (Hab da was von ~35-45% Fvg vs. 55-60% Fvg bei Infusion im Kopf, kommt das hin?).

Nun kam mir die Idee, dass ich noch vor Ende der Gelzeit die Temperatur erhöhen und somit die Viskosität senken könnte. Theoretisch führt das ja zwangsläufig zu einem Besseren Fvg.

Aber weiß jemand in welcher Größenordnung der Effekt liegen könnte?
Vllt. irgendwer, der sowas im Studium hat?

Über entstehende Probleme hab ich auch schon nachgedacht, aber da man selbst bei Restdrücken von 5-20mBar mit den meisten Harz Systemen bei Erwärmung auf ~50* keine Ausgasung o.Ä. befürchten muss, bin ich mit popeligen 100-150mBar Restdruck und ~60* wohl auf der sicheren Seite.

Deutlich vermehrte Lufteinschlüsse dürften ja eigentlich nicht zu befürchten sein, soweit ich denken kann?!

Fällt irgendwem ne andere, neue Fehlerquelle durch solch eine Verfahrensweise ein?


Ach ja, ich nutze ein recht niedrig reaktives, niedrigviskoses System, Harz L Härter GL2.
Da bleibt bei ~90-210 Min. immer genug Zeit zum Rumspielen und Experimentieren.

(Ich weiß nicht ob es daran liegt, aber wer Laminieren nicht als den mit Abstand einfachsten Schritt beim Bau empfindet, der sollte mal was vergleichbar niedrigviskoses testen, in meiner Erinnerung ist L/L im Vergleich absurd dickflüssig...)

Danke schonmal,

Henning

E: Kann mir irgendwer sagen, wieviel es ca. kostet zwei kleine Proben Fvk auf Fvg untersuchen zu lassen?
+ evtl. Adressen?

E2: Gerade noch gesehen, dass Dani mal bei HP nachgefragt hatte, ob man Harz schon vor Ende der Topfzeit erheblich erwärmen kann. Antwort war (sinngemäß): ja, gar kein Problem, bei dicken/großen Teilen mit ausreichender Rampe. Und, selbstverständlich, nur mit Mittel/niedrigreaktiven Systemen, sonst kocht der ganze Scheiss ja schön hoch. Und, auch selbstverständlich, unter der Tg bleiben. Da die aber bei niedrigreaktiven meist recht hoch liegt, sollten z.B. 60* kein Problem sein.

ernuwida
16.09.2015, 18:30
Machen kann man das bei niedrigreaktiven Systemen problemlos.Mach ich selbst gelegentlich, um schnellere Durchtränkung zu erreichen.Allerdings wäre ich vorsichtig, was den Faservolumenanteil angeht. Je nach Art des Geleges gibt es materialgerechte Obergrenzen(Herstellerangabe), ab denen die Bauteilfestigkeit dann wieder abnimmt. Man kann ein Bauteil auch ohne Erwärmung locker "trockensaugen".
Deshalb werden zu leichte Bauteile im Flugzeugbau nach der Fertigung entsorgt.

gnidnu
16.09.2015, 19:15
Ich bezweifel, dass das bei Handlaminaten irgendeine nennenswerte Auswirkung auf den Faservolumengehalt hat. Bei einer Infusion sähe das schon anders aus.

badabamm
16.09.2015, 19:33
zum thema Fvk, Fvg: kannst du nicht einfach vorher und hinterher genau wiegen, was du verwendest und rechnest dir das selber aus, oder hab ich jetzt was falsch verstanden?

ernuwida
16.09.2015, 20:35
Auf Holz ist das schwierig, weil der ins Holz eingezogene Harzanteil kaum zu ermitteln ist.

DocLecter
16.09.2015, 23:41
Hmm, Trockensaugen?
Ich dachte immer, dass der Fvg bei Handlaminaten weit unter den recht universell idealen 50% liegt, daher ja auch der Aufwand Mi der Infusion?!
Jetzt bin ich mittelmäßig stark iritiert, kannst du das noch etwas genauer erklären?

Aber im Grunde, sprich theoretisch, muss bei gleichem Pressdruck und niedrigerer Viskosität der Fvg zunehmen da die Kapilarkräfte abnehmen ist weniger Kraft vorhanden um die Fasern aufzustellen. Also zwangsläufig bei gleichem Pressdruck eine stärkere Komprimierung der Fasern...

Wie sich das praktisch auwirkt ist natürlich ne andere Sache!
Wäre mal sehr interessant einen Graphen zu haben, der die Viskosität im Verhältnis zur Temperatur angiebt.
Ich werd mal ne Mail an RG uns Konsorten schreiben, vielleicht bekomm ich ja was.
Wenn die Viskosität sich nur etwas verringert, dann wird das Praktisch keine spürbaren Unterschiede machen. Wenn aber die V. richtig signifikant abnimmt, so 50% z.B., dann müsste es eigentlich einen deutlichen Unterschied machen.
Also, vermute ich recht unfundiert.
Aber Naturgesetze sind Naturgesetze.
Aber andererseits müsste das eigentlich eine verbreitete Technik sein wenn's gut gehen würde...
Vielleicht mach ich mal n kleines Prüfstück.

Und ne, so mit viel rum rechnen, viel Wiegen und sowieso grundsätzlich Grenzwertig ungenau sobald Naturmaterialien im Spiel sind, sowie die vielen Fehlerquellen, das ist nicht so meins...
Wie sagte mir mal ein großartiger Lehrer:
Wer viel misst, misst viel Mist!
Und ich sowieso am meisten!

Ich frag mal i.wie an der TU Harburg nach. Die müssten wissen wie und wo, ist ja jetzt nicht so kompliziert was zu verkokeln...

H.

ernuwida
17.09.2015, 07:05
Hmm, Trockensaugen?
Ich dachte immer, dass der Fvg bei Handlaminaten weit unter den recht universell idealen 50% liegt, daher ja auch der Aufwand Mi der Infusion?!
Jetzt bin ich mittelmäßig stark iritiert, kannst du das noch etwas genauer erklären?

H.

Das "Trockensaugen" war auf den Faservolumengehalt generell bezogen und hat eher was mit hohem Pressdruck zu tun als mit der Viskosität.Du kannst auch Handlaminate auf einen Teil der idealen Dicke runtersaugen, wenn Du mit ausreichend Unterdruck arbeitest .
Ich wollte darauf hinaus, daß ein beliebig geringer Harzgehalt nicht erstrebenswert ist. Bei höheren Pressdrücken/stärkerem Unterdruck sind durch Komprimierung der Fasern natürlich auch die Kapilare enger und z.B. die Abfuhr von Lufteinschlüssen bei Handlaminaten kann dann durch Erwärmung des Harzes beschleunigt werden, solange man vorher schnell genug gearbeitet hat um nicht an den Punkt zu kommen, bei dem das Harz beginnt zu reagieren.
Erwärmung setzt die Tropfzeit natürlich dramatisch herab.
Ich würde das Ganze aber nicht zu sehr verkopfen.
Manchmal(!) bringt die Praxis mehr Erkenntnis als die Recherche. ;-)

sechsteelement
17.09.2015, 10:16
Hallo,

die Frage ist eher, was möchtest du durch einen höheren Faservolumengehalt erreichen?
In der Technik wird durch einen höheren Faservolumengehalt das Gewicht des Verbundes erniedrigt, da weniger Harz im Laminat ist. Wenn du nur den Gewichtsaspekt im Sinn hast, dann denke ich hast du andere Stellschrauben an denen du arbeiten kannst, Geometrie und Kernmaterial.

Zu deiner Überlegung mit der Temperatur hoch gehen, ich weiß nicht ob das klappen wird, denn mit höherer Temperatur sinkt die Topfzeit, also bis es anfängt zu gelieren, 10° entspricht grob einer Halbierung der Topfzeit. Du gibst dem Harz also auch deutlich weniger Zeit zum abfließen. Ob der Effekt nun besser ist mit mehr Zeit oder niedriger Viskosität kann ich dir nicht sagen. Bei der Vakuuminfusion werden Harze mit niedrigerer Viskosität verwendet, damit diese bessere fließen können und die Topfzeit ist in der Regel auch länger ~4h oder länger je nach Bauteil, vielleicht daher dein Harz ändern, mit Infusionsharz kann man auch Handlaminieren, das Harz läuft nur stärker in Vertiefungen.

Ich habe für ein Uniprojekt mehrere Bauteile laminieren müssen und habe dabei den Faservolumengehalt analysiert, kann man einfach machen in dem man die Formel für den Faservolumengehalt umstellt und wenn man zu Beginn die Masse der Fasern gewogen hat, am Ende das Bauteil wiegen, überschüssiges Harz entfernen, aber keine Fasern, sonst stimmt die Rechnung nicht mehr. Das Ergebnis war, dass bei der einen Bauteilgruppe, mit einer gekrümmten Fläche, mit Comboflex einem Combimaterial (Abreisgewebe, Lochfolie, Saugvlies) der Faservolumengehalt im Mittelwert ca. 58% lag plusminus5 (Standardabweichung) und bei der anderen Bauteilserie, eingewickelte Trapeze mit einem Abreisgewebe, aber kein Saugvlies bei einem Mittelwert von 38% plusminus 5 (Standardabweichung). Bei beiden Serien habe ich für die Auslegung und dem Laminierplan einen Faservolumengehalt von 40% angenommen, bei der zweiten Serie musste ich auf die äußerste Schicht mehr Harz geben, damit die rau wird zum verkleben.

Die Aussage wer viel misst, misst viel mist ist ziemlich dämlich, sorry, aber es ist keine Kunst etwas zu messen, sondern die Schwierigkeit liegt darin Messwerte richtig zu interpretieren, genauso wie bei der FEM-Simulation immer nur bunte Bildchen gezeigt werden um die Leute zu beeindrucken und diese nicht hinterfragen, ob er den alles richtig gemacht hat in der Dateneingabe.

Meine Analyse des Faservolumengehaltes war für mich ganz interessant, die Abweichung des Mittelwertes der Serien vom Faservolumengehalt von der Auslegung ist bei der ersten Serie schon ganz ordentlich, aber das habe ich schon vermutet, bzw. spekuliert, sollten diese Flächen nur geringe Kräfte aufnehmen, aber möglichst leicht sein und daher möglichst viel Harz aus dem Verbund gezogen werden. Viel wichtiger ist die Standardabweichung, die ist ein Maß für die mittlere Abweichung vom Mittelwert, hört sich komisch an aber man kann auch einfach sagen, die Standardabweichung ist ein Maß für die Streuung von Messwerten, ist diese klein liegen die Messwerte nahe beieinander, ist sie groß liegen die Werte weit auseinander vom Mittelwert. Die Standardabweichung von plusminus5 ist schon ordentlich, besser wären so 2-3. Was heißt das nun? Man könnte sagen ich habe ziemlichen Mist laminiert, da die Streuung zu groß ist oder aber ich kann sagen mit dem Verfahren/Material/Wissen ging es nicht besser. In der letzten Aussage wird wohl die meiste Wahrheit stecken, Firmen die komplexe Bauteile aus CFK fertigen, nutzen mittlerweile hauptsächlich Prepreg um den Faservolumengehalt relativ konstant zu halten und damit das Bauteilgewicht, dazu entweder Nieder-/ Mitteltemperaturprepreg (Vakuum plus Ofen) oder Mittel-/Hochtemperaturprepreg im Autoklaven (Vakuum, Überdruck, Temperatur). Natürlich gibt es auch andere Verfahren, dabei kommt es aber extrem auf die Bauteilgröße an und die Wirtschaftlichkeit, also was darf das Bauteil kosten.

Noch ein anderer Punkt in Bezug auf den Faservolumengehalt, bei der ersten Serie wurde 2 Schichten Köper 2x2 verbaut (245g/m²), in [0°; 90°] und um 45° gedreht in [45°; -45°], immer 2 Flächen wurden mit den Trapezen als Innenleben verklebt und ein Teil wurde mit 2K Schaum ausgefüllt. Der Druck des Schaums hat bewirkt, dass etwas Schaum an den Kreuzungspunkten von Kette und Schuss sichtbar wurde, das Laminat selbst also nicht komplett dicht war. Ich kann nicht zu 100% sagen ob es am niedrigern Faservolumengehalt gelegen hat oder ob sich Pinholes/Lufteinschlüsse an den Kreuzungspunkten gesammelt hatten, die dem Schaum es besser ermöglichten an die Oberfläche zu kommen. An sich hat das nicht zum Ausfall geführt, aber mich hat es schon etwas nachdenklich gestimmt, daher verwende ich für Bauteile die dicht sein sollen nur noch einen Faservolumengehalt von 30% und wenn es geht ohne Saugvlies, bzw. dass nicht viel Harz abgesaugt werden kann.

Um meine ganzen Ausführungen abzuschließen, du wirst bei allen deinen Ideen immer ein großes Problem mit der Reproduzierbarkeit bekommen, egal welche Anstrengungen du auf dich nimmst und wie komplex du dein Bauteil gestaltest. Handlaminieren ist mit die einfachste Form für die Fertigung von Verbundwerkstoffen und eine gute Möglichkeit für uns Hobbybauer, aber sie ist nicht die Beste, sonst würde man die anderen Verfahren nicht in der Serienproduktion einsetzen.

Viele Grüße
Das sechste Element

langbrettlabor
17.09.2015, 10:48
Bei einem großen (!) Board mit einem dicken (!) Laminat kann man pro 10% steigendem FVG etwa 40 g sparen. Grob überschlagen. Mir würden da spontan viele andere Dinge einfallen, die man machen kann um 40 g zu sparen :) ... Gute Laminatqualität entsteht aus einem Zusammenspiel aus den Fertigkeiten des Laminierers, Umgebungsbedingungen (Temp.), Harzsystem, usw. usw. Statt mit Rampen zu spielen würde ich eher die Fasern vortrockenen im Ofen, die Laminiertechnik optimieren und für eine gute Kompaktierung der Fasern sorgen.

Wenn einem das nicht reicht, einfach mal weiterdenken:
Die Frage ist tatsächlich was man am Ende erreichen will. Honeycomb ist leichter als Schaum. Infusion leichter als Handlaminat. Wieso also nicht z.B. die Facesheets infusionieren und dann ein schönes Board draus pressen mit Wabe? Der gezeigte Bau wurde auf Halt- und Belastbarkeit konstruiert, da kann man also noch eine Menge optimieren, wenn man möchte. Grundsätzlich ist die Technik aber gut geeignet (geht auch mit Airex) Infusion zu lernen, da ein dünnes monolithisches Laminat unkritischer ist als ein 3D-Sandwich ;)

http://forum.longboardz.de/showthread.php?25263-Honycomb-Hybrid-mit-infusionierten-Facesheets