Naturfasercomposites mit Rippenverstärkung
Jan Wälti verbesserte Naturfasercomposites auf der Basis einer thermoplastischen Verbundmatrix zur Reduktion der Fertigungskosten.
Die Firma Bcomp hat ein Rippenversteifungskonzept entwickelt. Das Produkt wird auf dünne Verbundplatten gepresst und führt bei geringer Gewichtszunahme zu einer erhöhten Biegesteifigkeit. Es besteht aus Naturfasern und wird hauptsächlich mit duroplastischer Matrix imprägniert. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, Umweltfreundlichkeit den verbesserten mechanischen Eigenschaften, soll die Verbindungsmatrix durch thermoplastische Materialien ersetzt werden.
Abb. 1: Mögliches Einsatzgebiet des verstärkten Verbundes
Die Imprägnierung erfolgt in einem speziell dafür entwickelten Prozess und kann auf Grund der Geheimhaltung nicht näher erläutert werden.
Die erstellte Fertigungskostenberechnung zeigt, dass das Produkt von Bcomp zu wettbewerbsfähigen Preisen produziert werden kann.
Abb. 2: Fertigungskostenberechnung und Verhältnis von Prozess- zu Materialkosten in Abhängigkeit des Parameters 1
Abb. 3: UV-Mikroskopaufnhame eines Probekörpers
Der erreichte Imprägnierungsgrad wird anhand der UV-Mikroskopie untersucht (Abb.3). Es konnten signifikante Unterschiede festgestellt werden. Die Biegesteifigkeit des Produktes wurde durch 3-Punkt-Biegetests gemessen. Durch die Änderung mehrerer Prozessparameter konnte die Biegesteifigkeit um 151.2% erhöht werden. Ein mathematisches Modell für die Berechnung der Verbundsteifigkeit zeigte zusätzlich, dass der Imprägnierungsgrad eine grosse Änderung der Steifigkeit bewirkt.
Abb. 4: Theoretische Biegesteifigkeit des Verbundes in Abhängigkeit des Imprägnierungsgrades
Ein Vergleich der Versuchs- und Berechnungswerte zeigt, dass die errechneten Verbundbiegesteifigkeiten um Faktor 2-3 höher liegen. Fehlerindikatoren dafür sind nicht berücksichtigte Lufteinschlüsse, die UD-Richtung der Fasern und der nicht konstante Querschnitt.
Abb. 5: Vergleich des errechneten und aus den Versuchen gewonnenen E-Moduls in Abhängigkeit des Parameters 2
Diplomand | Jan Wälti |
Auftraggeber | |
Experte | Christian Kruse |
Examinator | Christian Rytka, Jesus Maldonado, David Botor |