Untersuchung der Prozess-Material-Eigenschaftenbeziehungen von Carbonfaser-verstärktem Sheet Molding Compound

Motivation / Themenbeschreibung

Sheet Molding Compound (SMC) gehört zur Gruppe der duromeren Verbundwerkstoffe mit Langfaserverstärkung. Es kombiniert einen hohen Grad an Designfreiheit mit guten gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften, insbesondere wenn Carbonfasern (CF) zum Einsatz kommen. CF-SMC eignet sich daher besonders für Leichtbau-anwendungen, etwa in der Automotive-Branche. Im Kontext der zukünftigen E-Mobilität kann der gezielte Einsatz von SMC zu einer erhöhten Effizienz des Gesamtsystems Fahrzeug und damit zu einer erhöhten Reichweite führen. Die neuartige SMC Anlage Cube 1600 des Herstellers Schmidt & Heinzmann bietet einzigartige Möglichkeiten zur Prozessregelung und Datenerfassung während der Materialherstellung. Etwa besteht die Möglichkeit über diverse Prozessparameter (z.B. Temperatur, Imprägnierdruck, Bandgeschwindigkeit, …) Einfluss auf die Materialqualität zu nehmen. Im Rahmen einer experimentellen Untersuchung soll der Einfluss dieser Parameter auf die Materialeigenschaften systematisch untersucht werden. Parameter mit einem signifikanten Einfluss auf die mechanische Performance und Materialqualität sollen identifiziert werden, mit dem Ziel der Optimierung dieser Eigenschaften.

Inhalt

Erstellung eines Versuchsplans zur Bestimmung des Einflusses diverser Prozessparameter auf mechanische Eigenschaften eines CF-SMCs (Design of Experiments (DoE), Software-basiert)
Durchführung von Versuchen zur Materialherstellung auf der SMC-Flachbahnanlage Cube 1600 des ICTs basierend auf dem erstellten Versuchsplan
Herstellung von SMC-Bauteilen mit einem Plattenwerkzeug für die Charakterisierung, etwa mechanische Prüfung
Auswertung und Diskussion der Prozess- und Versuchsdaten und empirische Darstellung der Prozess-Material-Eigen-schaftenbeziehung basierend auf dem DoE-Modell (Software-basiert)

Themengebiet

SMC gehört zu den duromeren, faserverstärkten Kompositen. Die Hauptkomponenten sind Harz, Füllstoffe und Additive, sowie Verstärkungsfasern. Das Harz wird mit den Füllstoffen und Additiven vermischt, dann auf einer Flachbahnanlage in Form eines dünnen Films auf eine Trägerfolie aufgetragen. Die Fasern werden geschnitten und in
zufälliger Orientierung auf den Harzfilm aufgetragen. Eine weitere Trägerfolie mit Harz deckt das Halbzeug ab. Es folgt typischerweise eine Reifung bis zur Einstellung der B-Stage. Anschließend wir das Halbzeug in einem Fließpressprozess zu Bauteilen verpresst.

Anforderungen

Grundkenntnisse zu faserverstärkten Kompositen
Vorwissen zur DoE ist vorteilhaft, jedoch keine zwingende Voraussetzung
Interesse an experimenteller Arbeit

Typ: Masterarbeit
Fachrichtung: Maschinenbau / Materialwissenschaften
Art der Arbeit: Experimentell
Dauer: 6 Monate
Beginn: ab sofort

Kontakt:

M.Sc. Sergej Ilinzeer
Tel.: 0721 4640-797
E-Mail: sergej.ilinzeer∂ict.fraunhofer.de