Verarbeitung Carbon Prepreg

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Lorchi

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Hallo zusammen,

ich würde gerne (wenn es sich als machbar herausstellt) ein paar dünne Teile für mein Teleskop aus CFK laminieren. Meine Erfahrung damit ist gleich Null, was aber nichts ausmacht, denn eilig habe ich es nicht (d.h. ich kann vorher lesen, testen und üben).

Um das ganze doch etwas zu vereinfachen, überlege ich, ob es Sinn macht sich mit Prepregs auseinanderzusetzen. Normalerweise wird im Zusammenhang mit diesen von höherem Aufwand gesprochen (Druck, Autoklav). Interessant wäre jedoch zu verstehen, warum, und ob man die Prepregs nicht doch zur Vereinfachung nutzen kann.

Bitte korrigiert mich: ich stelle mir vor, dass durch die Imprägnierung mit dem optimalen Harzanteil im Rohzustand das meiste Harz zwischen den Fasern sitzt und nicht obendrauf. Der Druck nach dem Laminieren sorgt dann dafür, dass das Gewebe komprimiert wird, und das Harz aus den verschiedenen Schichten zusammenfließt. Ist das richtig? Wenn ja, kann dann Druckausübung und Tempern zeitlich nacheinander erfolgen?

Nun frage ich mich, ob man das nicht auch erreicht, indem man von Hand entweder nach dem Laminieren mit einer Rolle fest drüberstreicht (was aber vielleicht zum Verschieben der Schichten führen kann), oder das schon während des Laminierens tut. Vorausgesetzt, man erreicht mit der Rolle alle Stellen.

In dem Fall würde es nämlich so einfach klingen: auspacken, laminieren, drüberrollern, backen.

Gruß, Henning
 
Hallo

Prepreg ist mit Epoxid/Polyester Harzen (Harz und Härter)vorgetränktes Glasfaser/Kohlefaser Material welches bei mindestens -18 C gelagert werden muss (um zu verhindern das das getränkte Material Harz und Härter doch irgend wie vorher reagiert). Nun da ich früher selber mit Prepreg zu tun hatte weiß ich das es nicht ausreicht das Laminat mit einer Rolle zu bearbeiten. Du müsstes dein Projekt mit einem Vakuumsack versehen um ein Blasenfreies Laminat hin zu kriegen. Das Vakuum müsste mindestens -0,9 Bar betragen. Zweitens brüchtest du eine Temperatur (so war es bei uns) von minstens 75 C. Das Tempern und das Vakuum ziehen muss gleichzeitig erfolgen. In deinem Fall wäre es glaube ich besser wenn du es mit Handlaminat versuchst weil da kannst du mit Handesüblichen Laminierrolle und Entlüftungswalze arbeiten

MFG

Tilo
 
Hallo Henning,

ich kann mich meinem Vorredner nur anschließen. Zusätzlich zum Lagerungsproblem (Vakuumverarbeitung von Carbon ist bei uns auf der VSW möglich) gibt es aber auch ein Beschaffungsproblem. Hast Du denn eine Quelle, wo Du frisches Prepreg in kleinen Abmessungen herbekommst?
Handlaminat kann auch recht gute Faseranteile erreichen. Man muß nur mit mehreren Schichten oberhalb des eigentlichen Laminats arbeiten, z.B.: Matten mit REICHLICH Harz, Abreissfolie oder Lochfolie, mehrere Lagen Vlies für das überschüssige Harz, Vakuumsack/folie.

Clear skies

Tassilo
 
Hallo Henning,

bei einem CFK-Tubus sind die Dinge nicht ganz so kompliziert, wie es vielleicht den Anschein hat.

Du hast schon richtig erkannt, dass ein professionell verarbeitetes Prepreg Druck und Temperatur braucht, und Tilo hat richtig geschrieben, dass Druck und Temperatur gleichzeitig einwirken müssen. Außerdem stimmt es auch, daß der Harzanteil so klein wie möglich sein sollte, da nur die Fasern tragen, nicht aber die Harzmatrix. Harz ist nur überflüssiges Gewicht. Bei Prepregs ist der Harzanteil durch maschinelle Imprägnierung optimiert. Es ist schwierig, beim Handlaminieren einen ähnlich geringen Harzanteil hinzukriegen. Es spricht also viel für die Verwendung von Prepregs.

Beim Druck geht es darum, den Harzfluss zu vergleichmäßigen und Blasenbildung beim Aushärtevorgang zu vermeiden. Harz gast beim Aushärten insbesondere unter Temperatureinfluss aus. Selbst wenn also das Laminat als solches mehr oder weniger blasenfrei aufgebracht ist, entstehen beim temperierten Aushärten nachträglich Blasen. Vollständig blasenfreie Laminate sind aber nichteinmal im Autoklaven erzielbar. Mit einem Minimum an Blasen muß man immer leben.

Blasen im Laminat sind vor allem schädlich für die Festigkeit. Die einzelnen Fasern erfahren dort keine hinreichende Abstützung und können insbesondere bei Druckbelastung seitlich ausknicken. Bei tragenden Strukturbauteilen, die auf Festigkeit ausgelegt sind, müssen deshalb die Blasen minimiert werden. Das geht nicht ohne Druck während des Aushärtens.

Anders sieht es bei Bauteilen aus, deren treibender Designparameter die Steifigkeit und nicht die Festigkeit ist. Blasen machen sich in Sachen Steifigkeit kaum bemerkbar. Blasen sind zwar nicht wünschenswert, stören aber innerhalb gewisser Grenzen nicht sehr.

Ein Tubus aus CFK, oder was immer Du für CFK-Teile projektiert hast, muß hinreichend steif sein, damit die ganze Sache nicht wackelt. Festigkeit dürfte ein untergeordnetes Problem sein. Kann mir nicht vorstellen, dass ein Tubus abbricht.

Unter diesem Aspekt kommt es auf eine High-End-Fertigung nicht an.

Du schreibst ja, dass Du Zeit zum experimentieren hast. Also mache mal ein Prepreg-Probelaminat, sofern Du entsprechendes Material beschaffen kannst. Zum Andrücken gibt es eigens geriffelte Kunststoffwalzen. Härte das Problelaminat unter Temperatur unter Verzicht auf einen Autoklaven aus, und schau Dir das Ergebnis an. Du wirst dann sehen, ob sich unanständig viel Blasen bilden. Wenn es optisch okay ist, wird es auch den Steifigkeitsanforderungen genügen.

Auf die Temperatur wirst Du allerdings nicht verzichten können. Hierzu kann man sich eine Styropor-Kiste mit Heizgebläse (Fön) bauen. Funktioniert. Habs schon ausprobiert, allerdings nicht mit Prepregs, sondern nur mit Handlaminat.

Prepregs sind kritisch, was die Temperaturführung beim Aushärten betrifft. Wenn es Dir nicht gelingt, eine hinreichend genaue Temperaturführung zu erzeugen, musst Du wohl auf ein Handlaminat umsteigen. Wenn Du gewichtsoptimiert arbeiten willst, kannst Du Dir soetwas Ähnliches wie ein Prepreg selber machen. Dazu laminierst Du Dein CFK-Gewebe zunächst auf eine Folie und saugst überschüssiges Harz mit Sauggewebe, vielleicht sogar mit Küchenpapier ab. Dieses "Prepreg" rollst Du dann auf Deine Form und ziehst die Folie ab. Fertig. So wird es übrigesn im mittelständigen Flugzeugbau gemacht, wo der Einsatz von Autoklaven aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Betracht kommt.

Letztere Methode hat den Vorteil, dass Du mit bei Raumtemperatur härtendem Harz arbeiten kannst. Während des Aushärtens bei Raumtemperatur ist die Gefahr der Blasenbildung gering. Nachdem das Laminat ausgehärtet ist, solltest Du es aber trotzdem nachtempern, was der Endfestigkeit deutlich zu gute kommt. Da das Harz dann bereits vorgehärtet ist, wird das temperierte Ausgasen nicht zu weiteren Blasen führen. Die Temperatur beim Nachtempern ist eher unkritisch. Ein paar Stunden bei "erhöhter Temperatur" irgendwo zwischen 50° und 70° reichen völlig aus.

LG
Stefan.
 
Hallo Leute,

lieben Dank für die aufschlussreichen Infos!

Meine Anforderungen wären maximal ein bisschen Steifigkeit, und vernachlässigbare Festigkeit.

Ich habe bei meinem entstehenden Teleskop zwei Teile, die nichts tragen, aber Formen haben, die am einfachsten mit einem Laminierverfahren herstellbar wären (egal ob Hartpapier, GFK oder CFK oder Pappmasché :biggrin:). Das wären zum einen eine Hülse für den Fokusmotor mit Kabelführung (Zweck: schönere Optik als der nackte Motor), und zum anderen eine Taukappe für den Hauptspiegel (die im Gitterrohrtubus befestigt würde), welche rippenförmige Luftlöcher bekommen soll. CFK wäre halt recht leicht und würde auch noch hübsch aussehen.

Um mir etwas vom Herumkleistern zu sparen, dachte ich nun an Prepreg (mein Cousin erzählte mir gerade, dass er damit an der FH an einem Monocoque herumlaminiert, die stecken das alle zwei Lagen in den Vakuumsack).

Für die Taukappe dachte ich noch, dass ich Druck aufbauen könnte, wenn ich sie um eine Form wickele, und anschließend stramm mehrlagig mit Abreißgewebe oder zunächst Backpapier und dann etwas anderem umwickle.

Zum Tempern habe ich einen Metallschrank mit Fenster zur Verfügung, den ich z.b. händisch mit Backofenthermometer und Fön oder Heißluftpistole beheizen könnte.

Gut finde ich übrigens die Idee, vorher auf Folie zu tränken und dann aufzulaminieren. Neu war für mich v.a. der Aspekt Blasenbildung, und die Vermeidung durch Härten bei Raumtemperatur.

Zum Thema Bezugsquelle: ausreichend große Stücke bekommt man bei Weißgerber, kleinere tauchen häufig bei Ebay auf.

Viele Grüße,
Henning
 
Prima Henning, dann scheint ja alles soweit geklärt. Der Rest ergibt sich dann aus Deinen Versuchsergebnissen.

Eine Bemerkung noch: Prepregs, egal ob industriell gefertigte oder selbst gemachte, lassen sich praktisch nicht mehrdimensional krümmen. Du kannst nur eine Krümmungsrichtung zulassen, wie bei einem Blatt Papier. Sorfern Deine Bauteile mehrdimensional gekrümmt sind, gibt's Falten, die sehr sehr schwierig zu vermeiden sind. Leicht vorstellbar wird dies anhand einer Kugel, die nicht ohne Falten mit Papier umwickelt werden kann. In diesem Falle hilft dann wohl nur ein Handlaminat.

LG,
Stefan.
 
Die Idee das Material auf Folie zu tränken und dann aufzulaminieren nennt sich auch in Fachkreisen Prepreg für Arme und funktioniert recht gut. Luftblasen und Falten im Laminat sind nicht zu unterschätzen zbs. bei starken Temperaturunterschieden. Auch sollte man beachten das Carbon/Kohlefaser etwas mehr Harz aufnimmt als Glasfasermaterial.


MFG

Tilo
 
Ich habe noch etwas vergessen (mal sehen, ob hier noch jemand liest).

Bei Prepregs hatte ich die Hoffnung, vor der Verarbeitung dünne Streifen schneiden zu können, weil sie auf Folie sind.

Gibt es eine Möglichkeit, sowas mit normalem Gewebe zu machen? Als Ersatz dachte ich schon daran, Schlauch aus 1k-Material zu nehmen und plattzudrücken. Aber damit wäre eine komplexere Form nicht möglich.

Gruß, Henning
 
Zitat von Lorchi:
Bei Prepregs hatte ich die Hoffnung, vor der Verarbeitung dünne Streifen schneiden zu können, weil sie auf Folie sind.
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Jepp, kannst Du.

Zitat von Lorchi:
Gibt es eine Möglichkeit, sowas mit normalem Gewebe zu machen?
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Eher nein. Beim Schneiden der schmalen Streifen werden die kurzen Querfäden aus dem Gewebe gezogen. Gibt ne Riesensauerei. Besser ist es, gewebte Streifen mit passender Breite zu kaufen. Alternativ verzichtest Du auf Gewebe und verlegst unidirektional verlaufende Rovings. Damit kannst Du die Breite nach Belieben variieren.
 
Um Prepreg zu schneiden bräuchtest du ein Spezialwerkzeug (elektrische Schere) oder ein sehr scharfes Cuttermesser (ist dann wie Dachpappe)und eine harte Unterlage dazu sollte das Prepreg aber noch Tiefgekühlt sein. Wenn das Material erstmal voll aufgetaut ist lässt es sich sehr schlecht verarbeiten .
Mit dem Gewebe ist das so eine Sache aber ich würde dir vorschlagen keine Endlosmatte zu nehmen und auch kein Gewebe sondern ein wie schon geschrieben ein UD Gelege oder ein Multidirektionales Gelege (Biax oder Triax kann man gut mit einer scharfen Schere schneiden) und am besten das ganze auf Epoxid Basis.

MFG

Tilo
 
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