Die Anwendung von Verbundwerkstoffen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie nimmt nach wie vor stark zu. Die Umsätze liegen heute bereits bei ca. 9,5 bzw. 7,1 Mrd. EUR. Wesentliche Gründe dafür sind die Gewichtseinsparung, die verbesserten mechanischen Eigenschaften, die Möglichkeiten zur Integration von Bauteilen und die erreichbare Kostenreduktion. In dieser Arbeit wurden verbesserte Harzsysteme für beide Industriebereiche mit dem Ziel untersucht, den Einfluss der Härtungskinetik und das Potential der Zähmodifizierung zu evaluieren. Hierzu wurden die thermischen, bruchmechanischen, rheologischen und morphologischen Eigenschaften betrachtet. Für Automobilanwendungen wurden mit Metallorganokomplexen auf Basis von Imidazolderivaten (KAT-Härter) ausgehärtete, difunktionelle Epoxidharzsysteme untersucht. Solche Harzsysteme zeigen zum Teil eine schnelle Härtung und gute thermische und mechanische Eigenschaften, was sie im Hinblick auf die Anwendbarkeit und die Produktivitätssteigerung interessant für die Automobilindustrie macht. Als Zähmodifier wurde Polyethersulfon (PES) eingesetzt. Für Luftfahrtanwendungen wurden Amin-gehärtete, polyfunktionelle Epoxidharzsysteme ausgewählt, die die hohen Anforderungen als Injektionsharze für Luftfahrtanwendungen erfüllen. Sie wurden in Modellsystemen mit vordispergierten Silikonkautschukpartikeln als Zähmodifier sowie anderen reaktiven Zusätzen formuliert. Parallel dazu wurden die zwei kommerziellen Produkte Bakelite EPS600 und Bakelite EPS601 als verbesserte Alternativen zu dem von Airbus qualifizierten RTM6 untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Reaktivität der untersuchten KAT-Härter den Härtungsprozess sowie die resultierende Netzwerkstruktur bestimmt. Der Härtungsprozess kann für hochreaktive KAT-Härtersysteme durch ein einfaches mathematisches Modell hinreichend genau beschrieben werden. Hochreaktive Systeme zeigen im Vergleich zu weniger reaktiven eine heterogenere Netzwerkstruktur mit höheren Netzwerkdichten und infolgedessen bessere mechanische und thermische Eigenschaften. Bei der Zähmodifizierung mit PES findet die Phasentrennung abhängig von der Reaktivität bei PES-Konzentrationen zwischen 10 und 20 Gew.% statt. Unabhängig vom KAT-Typ führt die Zähmodifizierung zur Viskositätszunahme, die sich negativ auf die Verarbeitbarkeit und den Reaktionsumsatz des Harzsystems auswirkt. Abhängig von der PES-Konzentration und der Härtungstemperatur treten Optima in der Bruchzähigkeit auf, die auf Bruchmechanismen wie die Ablenkung des Risses durch eine optimale Partikelgrößenverteilung und die plastische Verformung des PES zurückzuführen sind. Bei den kommerziellen Injektionsharzen für Luftfahrtanwendungen können die isothermen und dynamischen Härtungsprozesse durch die Anwendung einfacher phänomenologischer Modelle mit großer Genauigkeit beschrieben werden. Die Zähmodifizierung mit der Dispersion von Silikonkautschukpartikeln hat keine negative Wirkung auf die Viskosität des Systems für die Verarbeitung mittels Harzinjektionsverfahren. Formulierungen mit geeigneten Partikelkonzentrationen zeigen für Injektionsharze geeignete Glastemperaturen und E-Moduln. Diese Partikeln führen aufgrund von Kavitation zu einer signifikanten Zunahme der Bruchzähigkeit und Ermüdungseigenschaften. Die Wasseraufnahme ist im Vergleich zu den nicht modifizierten Modellsystemen oder RTM6 reduziert. Erste Untersuchungen während der Verarbeitung im Verbundwerkstoffen ergaben keine Anzeichen von Sedimentierung der Partikeln. Aus den ersten Laminatwerten in Mode I und II zeigte sich keine Verbesserung durch die Zähmodifzierung, wie sie bei den Reinharzuntersuchungen gefunden wurde. Die optimierte Harzformulierung der EPS-Systeme führt zu besseren Bruchzähigkeiten im Laminat als bei RTM6.


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    Titel :

    Epoxidharzsysteme für Automobil- und Luftfahrtanwendungen. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2006


    Format / Umfang :

    178 Seiten, Bilder, Tabellen, 274 Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch





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