Prepreg Technologie

Als „Prepregs“ bezeichnet man Halbzeuge zur Herstellung von Faserverbundbauteilen bestehend aus Endlosfasern, imprägniert mit einem unausgehärteten Matrixpolymer. Die Fasern können dabei sowohl als unidirektionale Schicht, als auch als Gewebe oder Gelege angeordnet werden.

Durch den Einsatz von Prepregs ist es möglich, den Imprägniervorgang der Fasern von der Formgebung des Bauteils zu trennen. Dies erlaubt es komplexere Geometrien und höhere Faservolumengehalte zu realisieren. Die Verarbeitung der Prepregs kann durch manuelles zuschneiden und ablegen erfolgen, für die industrielle Anwendung sind aber vor allem automatisierte Ablageprozesse von Bedeutung. Die Reproduzierbarkeit dieser Fertigungsprozesse qualifiziert die Prepreg-Technologie für die Serienproduktion im Hochleistungs-Leichtbau, zum Beispiel für Strukturbauteile in der Luftfahrt.

Von besonderer Bedeutung sind Prepreg-Materialien für grundlegende Fragestellungen auf dem Gebiet der Faserverbundkunststoffe: Die mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen können an aus unidirektionalen Prepregs aufgebauten Laminaten mit definiertem Harzgehalt, mit geringster Streuung im Vergleich zu allen anderen Fertigungstechnologien ermittelt werden. Dies ermöglicht die systematische und präzise Aufklärung von Zusammenhängen zwischen Reinharz- und Verbundeigenschaften.

Der Lehrstuhl für Polymere beschäftigt sich außerdem mit der Formulierung maßgeschneiderter Prepreg-Harzsysteme. Von entscheidendem Einfluss auf die Verarbeitbarkeit sind vor allem Lagerstabilität sowie Viskosität und Härtungskinetik des Matrixpolymers. Darüber hinaus gilt es im Hinblick auf maschinelle Ablageprozesse die Oberflächenklebrigkeit der Prepregs, den sogenannten Tack, bestmöglich einzustellen. Die anwendungsorientierte Optimierung der Matrixsysteme geht eng mit den Forschungsaktivitäten auf den Gebieten halogenfreier Flammschutz, Zähmodifikation und duroplastische Nanokomposite einher.

Die Prepreg-Laboranlage an der Universität Bayreuth ist speziell für die Entwicklung und Charakterisierung neuer Prepreg-Harzsysteme ausgelegt. Die Anlage ermöglicht es, mit geringen Harzmengen Prepregs in Luftfahrtqualität reproduzierbar im Hotmelt-Verfahren herzustellen. Die Verstärkungsfasern können dabei sowohl direkt als Roving über eine in-line Spreizeinheit zugeführt oder als Gewebe abgewickelt werden. Eine Besonderheit der Anlage stellt das innovative und äußerst flexible Auftragswerk dar, welches ein Walzenmodul, ein Kommarakelsystem und ein Harzbad vereint. Mit dieser Konfiguration können Matrixsysteme über einen Viskositätsbereich von ca. bis 10 bis 50.000 mPas verarbeitet werden und es kann zudem die Prozessierbarkeit mittels verschiedener Imprägniertechnologien ohne Umbauaufwand verglichen werden. Die B-Staging Zone umfasst zwei Kalander und ermöglicht Temperaturen oberhalb 200 °C, sodass auch Hochtemperatursysteme, wie Benzoxazine oder Cyanatester-Harze auf der Anlage verarbeitet werden können.

Nachfolgend bietet die qualifizierte Laborausstattung des Lehrstuhls für Polymere Werkstoffe an der Universität Bayreuth die Möglichkeit thermoanalytische, rheologische und mechanische Untersuchungen an Prepreg-Harzsystemen durchzuführen, sowie Laminate aus Prepregs im Pressverfahren herzustellen und ebenfalls umfassend thermisch und mechanisch (quasistatisch und dynamisch) zu charakterisieren.

 

Ansprechpartner: M. Sc. Gökhan Bakis
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Email: goekhan.bakis@uni-bayreuth.de

 

Aktueller Download: Prepregs at Polymer Engineering