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Aushärtung und Abkühlung

Die Vernetzungsreaktion des Matrix-Systems beeinflusst sowohl den Verlauf des Herstellprozesses als auch die Eigenschaften des hergestellten Bauteils. Bereits während der Formfüllung bewirkt die Aushärtung einen Anstieg der Viskosität, wodurch es zu einer Druckerhöhung und im Extremfall zu einer unvollständigen Formfüllung bzw. Tränkung der Faserbündel kommt. Mithilfe entsprechender Modelle für Harz-Kinetik und Viskosität kann dies bei der Formfüllsimulation berücksichtigt werden. Abbildung 5 zeigt den lokalen Aushärtegrad am Ende der Formfüllung einer L-Winkel-Struktur. Bei der Auswahl der Modelle und der zur Charakterisierung notwendigen Versuche ist es wichtig, die Prozessrandbedingungen zu berücksichtigen [1].

Abb. 1: Verteilung des Aushärtegrads am Ende der Formfüllung einer L-Winkel-Struktur
 

Neben der Viskosität des Harzes unterliegt auch das mechanische Verhalten des Materials einem großen Einfluss durch die Aushärtung. Während der Vernetzung kommt es zu einer Volumenschwindung des Materials, wodurch Eigenspannungen induziert werden. Diese führen, zusammen mit thermischen Eigenspannungen durch die Abkühlung am Ende des Prozesses, zu Gestaltabweichungen des Bauteils und können daher zur Verletzung der geforderten Bauteil-Toleranzen führen. Dies ist schematisch in Abbildung 6 anhand eines L-Winkel-Bauteils gezeigt.
 

Abbildung 2: Spring-In eines L-Winkels durch prozessinduzierte Eigenspannung
 

[1] Bernath, A.; Kärger, L.; Henning, F.: Accurate Cure Modeling for Isothermal Processing of Fast Curing Epoxy Resins. Polymers 2016, 8, 390.