Epoxid-Prepreg

Vorteile von Epoxid-Prepreg

Grundkenntnisse über Epoxy Prepreg

„Prepreg“ ist ein allgemeiner Begriff in der Verbundstoffherstellung, der zur Beschreibung von Stoffen verwendet wird, die während der Herstellung mit einem vollständig aushärtbaren, gemischten Harzsystem vorimprägniert werden. Prepregs gelten oft als das fortschrittlichste System zur Herstellung von Verbundwerkstoffen. Durch das einfache Hinzufügen einer Form, Hitze und Druck werden durch den Einsatz von Prepreg-Geweben Prozessschwankungen praktisch vermieden, die bei herkömmlichen Layups oder Vakuuminfusionsprozessen auftreten. Infolgedessen haben Prepregs die Verbundstoffherstellung, wie wir sie kennen, revolutioniert und werden am häufigsten eingesetzt, um die höchsten Leistungseigenschaften in faserverstärkten Strukturen zu erzielen.

Kohlefaser, Kevlar und Glasfaser sind die am häufigsten verwendeten Stoffe in Prepreg-verstärkten Verbundwerkstoffen. In der Vergangenheit wurden Prepregs vor allem in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Mit fortschreitender Technologie sind Prepreg-Gewebe mittlerweile erschwinglicher geworden und haben einen zusätzlichen Marktwert in Hochleistungsanwendungen im Automobilbau und im Rennsport, im Bootssport, bei Sportartikeln und sogar im Baugewerbe gefunden.

Prepregs sind eine berechnete Kombination aus Verstärkungsgewebe gepaart mit einem halbgehärteten Harzsystem, das meist auf Epoxidharz basiert. Diese Matrix, ein berechnetes Gewichtsverhältnis für Prepregs, ist für die Erzielung der leichten Leistungseigenschaften in einem Verbundlaminat verantwortlich. Mit Prepregs kann ein Anteil von nur 35 % Harz erreicht werden, was bei anderen Layup-Methoden unerreichbar ist.

Die grundlegende Prepreg-Auswahl basiert auf Eigenschaften wie Faser, Kabelgröße und Webart, die alle Eigenschaften herkömmlicher Stoffe ähneln. Prepregs verfügen häufig über eine definierte „Dicke der ausgehärteten Lage“ und eine definierte Dichte und bieten zusätzlich das genaue Faser-zu-Harz-Verhältnis. Das dem Stoff zugesetzte Harz verdoppelt sich ebenfalls und macht die Layup-Prozesse wesentlich effektiver, da es eine entscheidende Rolle dabei spielt, das Layup effektiver zu machen.

Da Harze in Prepregs anders fließen und aushärten als Infusions- oder herkömmliche Layup-Methoden, erfordern sie zum Aushärten Druck und Hitze. Sobald die Prepreg-Gewebeschichtung abgeschlossen ist, muss sie durch eine Kombination aus Hitze und Vakuum ausgehärtet werden. Dies wird oft als Aushärtungszyklus bezeichnet, der in einem Ofen oder Autoklaven durchgeführt wird. Bei komplexen Laminaten sorgt ein Autoklav, ähnlich wie ein großer Schnellkochtopf, für einen Druck, der weit über das reine Vakuum hinausgeht. Im Allgemeinen werden Epoxid-Prepregs üblicherweise zwischen 250 °F und 350 °F ausgehärtet.

So verwenden Sie Epoxy-Prepreg

Bereiten Sie zunächst Ihre Form wie gewohnt vor. Um ein glänzendes fertiges Teil zu erhalten, ist eine makellose Form erforderlich, die gewachst und mit PVA beschichtet wurde. Das Prepreg wird zwischen zwei Trägerfolien geliefert, die vor dem Einlegen des Stoffes in die Form abgezogen werden müssen. Da die Prepreg-Oberfläche sehr klebrig ist, ist es notwendig, das Material vorsichtig in die Form einzulegen. Im Gegensatz zu einem trockenen Stoff bei der Handlaminierung können Sie das Prepreg nicht neu positionieren, ohne die Formtrennung zu fixieren. Durch eine Neupositionierung wird der PVA angehoben. Sie können weiterhin Schichten bis zu einer Gesamtdicke von einem Viertel Zoll auf einmal übereinander legen.

Das Prepreg ist teilweise ausgehärtet, was bedeutet, dass es sich im B-Stadium befindet. Es kann mit einem Messer oder einer Schere zugeschnitten, gefaltet und geformt werden. Das Prepreg lässt sich sehr leicht verarbeiten und liegt aufgrund seiner Klebrigkeit fest in Ihrer Form. Möglicherweise müssen Sie immer noch mit Reliefschnitten oder Falten kämpfen, genau wie bei einem trockenen Stoff.

Nach dem Einlegen der Schichten in die Form muss das Prepreg komprimiert werden, um eine Verbindung zu ermöglichen, um eventuell zwischen den Schichten eingeschlossene Luft zu entfernen und überschüssiges Harz herauszudrücken. Auch wenn nur ein geringer Überschuss vorhanden ist, wird das Harz bei steigender Temperatur natürlich dünner und es kommt zu einem Harzfluss, bevor das Harz vollständig aushärtet.

Die erforderliche Kompression kann mit einer Presse erreicht werden. Sofern das Teil jedoch nicht vollkommen flach ist, ist eine Presse keine Option. Daher wird das Teil in der Regel vakuumverpackt.

Bei Prepreg-Gewebe besteht der Vorteil darin, dass Sie genügend Zeit haben, um Ihre Tasche zusammenzubauen und das Teil für den Ofen vorzubereiten. Sie beeinträchtigen nicht die natürliche Topfzeit des Harzes. Je mehr Schichten Sie jedoch verlegen, desto wahrscheinlicher ist es, dass zwischen den Schichten Luft eingeschlossen wird. Sie sollten Ihre Vakuumverpackungstechnik wirklich perfektioniert haben, bevor Sie mehrere Schichten Prepreg für eine einzige Aushärtung auftragen.

Ein großer Vorteil von Prepregs besteht darin, dass nach dem Aushärten und Abkühlen weitere Schichten auf das Teil aufgetragen werden können, ohne dass Abrieb oder zusätzliche Oberflächenvorbereitung erforderlich sind. Auch hier können bis zu einem Viertel Zoll auf einmal verlegt werden, wobei darauf zu achten ist, dass keine Luft zwischen den Schichten eingeschlossen wird.

Nachdem der Aufbau abgeschlossen ist, wird der Vakuumbeutel aufgebaut und versiegelt, und Sie können mit dem Vakuumieren und dem Beginn des Wärmezyklus beginnen. Es gibt drei empfohlene Aushärtungszyklen für Glasfaser-Prepregs und alle führen zu ähnlichen Eigenschaften.

Alle Aushärtezyklen beginnen mit einem Temperaturanstieg und enden mit einem Temperaturabfall. Der Unterschied besteht in der Zieltemperatur und der Zeit, die für eine vollständige Aushärtung erforderlich ist. Steigern Sie immer mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 5 Grad Fahrenheit pro Minute, bis die Zieltemperatur erreicht ist. Behalten Sie die Zieltemperatur während des gesamten Aushärtungszyklus bei und senken Sie sie dann mit einer Geschwindigkeit von weniger als 5 °F pro Minute auf mindestens 150 °F ab, bevor Sie sie aus dem Ofen nehmen.

Lassen Sie das Teil auf Raumtemperatur abkühlen, entfernen Sie das Vakuumverpackungsmaterial und lösen Sie das Teil aus der Form. Ihr Teil sollte vollständig ausgehärtet sein und kann sofort in Betrieb genommen werden.

Bei der Bestimmung der zu verwendenden Zeit- und Wärmemenge sind mehrere Überlegungen zu berücksichtigen. Wenn Sie es nicht eilig haben, planen Sie zunächst eine niedrige Temperatur und eine lange Garzeit ein. Sie können das Teil bis zu 24 Stunden in der Hitze belassen, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung des Teils besteht. Sie können Ihr Prepreg nicht „überkochen“. Sie können es jedoch „zu wenig garen“.

Zweitens: Berücksichtigen Sie bei der Bestimmung Ihrer Temperatur und Ihres Aushärtezyklus die Masse und Leitfähigkeit Ihrer Form. Handelt es sich um dünnes Metall (geringe Masse und leitfähig), erwärmt es sich schnell und beeinträchtigt den Aushärtungszyklus nicht. Wenn es sich um dickes Fiberglas (hohe Masse und nicht leitend) handelt, dauert das Aufheizen eine Weile und Sie sollten bei Zeit und Temperatur konservativ vorgehen.