01 Composites - Kapitel 00 - Introduction
Auslegung und Bauweisen von Composite-Strukturen
Auslegung und Bauweisen von Composite-Strukturen
Kartei Details
| Zusammenfassung | Diese Lernkarten bieten eine Einführung in die Welt der Verbundwerkstoffe, insbesondere Composites, und richtet sich an Studierende. Sie behandeln die grundlegenden Eigenschaften von Fasern wie Carbon, Aramid und Glas, einschließlich ihrer mechanischen Kennwerte wie E-Modul, Zugfestigkeit und Dehnung. Die Karteikarten erklären auch die verschiedenen Herstellungsverfahren von Composites, die Funktionen von Fasern und Matrizen, sowie die Unterschiede zwischen Composites und metallischen Werkstoffen. Praktiker und Ingenieure profitieren von diesem Wissen, um die Vorteile von Composites in verschiedenen Anwendungen zu nutzen. |
|---|---|
| Karten | 14 |
| Lernende | 2 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 19.01.2014 / 02.10.2016 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/01_composites_kapitel_00_introduction
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Nennen sie die einzelnen Stationen im Lebenszyklus von CFK
Voraussetzungen:
- Material
- Fertigungsmittel
Fertigung:
- Preform
- Injektion
- Aushärten
- Nachbearbeitung
Betrieb:
- Überwachung/Reperatur
Recycling:
- Recycling
Nennen Sie 6 Vorteile des Einsatzes von CFK, sowie 4 Faktoren die diese beinflussen.
Vorteile:
- Hohes Leichtbaupotential
- Integrale Strukturbauweise
- Exzellente Leistung beim Frontalcrashs
- Ermüdungsbeständig
- Anpassbare Eigenschaften
- Großer elastischer Bereich
Einflussfaktoren:
- Bauweise (Design/Aufbau)
- Materialtechnologie
- Werkzeugtechnologie
- Strukturmechanik
Deinieren sie den Begriff Composite (Verbundwerkstoff)
Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien, welche meso- (mittel-) oder makroskopische Dimensionen und klar erkennbare Grenzflächen besitzen. Eine der Komponenten übernimmt stets die Rolle eines fixierenden Bindemittels (fixing binder) - meist Matrix genannt - in die die andere Komponente (z.B. Fasern) eingebettet sind.
Nennen Sie 5 typische Grundarten von Matrizen, sowie für die am weisteten verbreitete Matrix zusätzlich 3 bekannte Werkstoffe.
Grundarten von Matrizen:
- Thermoplaste
- Duroplaste (Epoxidharze, Ungesätigte Polyesterharze, BMI)
- Kohlenstoff
- Keramiken
- Metalle
Unterscheiden Sie vier Grundarten von Fasern und nennen Sie jeweils Beispiele.
Grundarten von Fasern:
- natürlich organische Fasern (Jute, Sisal)
- natürliche mineralbasierte, nichtorganische Fasern
- synthetische organische Fasern (Aramid, Polythylen)
- synthethische anorganische Fasern (Glas, Carbon, Boron)
Nennen Sie 4(5) Funktionen der Faser (Matrix).
Faser:
- Hohe Steifigkeit
- Hohe Zugfestigkeit
- Niedrige Dichte
- Hohe Dauerfestigkeit
Matrix:
- Fixierung der Fasern in der gewünschten geometrischen Position
- Schutz der Faser vor agressiven Medien
- Stabilisierung der Faser unter Druck und Schub
- Übertragung von Kräften auf die Fasern
- Übertragung von Kräften zwischen den Fasern
Vergleichen Sie Composites mit metallischen Werkstoffen
- Materialverhalten im Spannungs-Dehnungs-Diagramm:
- Composite: linear elastisches Verhalten fast bis zum Versagen
- Metalle: linear elastisch bis Fließgrenze, danach zunehmend duktil
- Richtungsabhängigkeit des Materials:
- Composite: anisotrop
- Metall: i. d. R. isotrop
- (besser) anpassbare Materialeigenschaften bei FVW
- gutes Ermüdungsverhalten von FVW
Nennen Sie 5 unterschiedliche Harztypen und deren Eigenschaften.
- ungesätigte Polyersterharze (UP)
- niedriger Preis, hohe Schrumpfung (5-10%)
- Glasfasern
- Vinylesterharze
- ähnlich UP, bessere Hitzeresistenz
- Glasfasern
- Phenolharze
- gute Feuerhemmung
- Glasfasern, selten Carbonfasern
- Epoxidharze
- sehr gute mechanische Eigenschaften
- geringe Schrumpfung (3%)
- sehr gute Bindung (Adhesion)
- und Bindungseigenschaften
- am weitesten verbreitet
- Carbonfasern
- Bismaleimidharze
- spröde
- niedrige Viskosität ("flüssig")
- hohe Temperaturfestigkeit
- Carbonfasern
Charakterisieren Sie die mechanischen Eigenschaften von Carbon-, Aramid- und Glasfasern (Dichte, Zugfestigkeit, E-Modul, maximale Dehnung).
- Carbon
- Dichte: 1,8 - 2,0 g/cm³
- Zugfestigkeit: 2500 - 7000 MPa
- E-Modul: 200 - 500 GPa
- maximale Dehnung: 0,5 - 2,1 %
- Aramid
- Dichte: 1,45 g/cm³
- Zugfestigkeit: 3000
- E-Modul: 70 - 130 GPa
- maximale Dehnung: 2 - 4 %
- Glas
- Dichte: 2,5 g/cm³
- Zugfestigkeit: 2000 - 4000 MPa
- E-Modul: 50 - 80 GPa
- maximale Dehnung: 4 - 5 %
Nennen Sie 5 Formen in denen Fasern zur Verstärkung eingesetzt werden.
Formen von Fasern als Verstärkung:
- Rovings
- Garne
- Faserschnipsel
- Gewebe
- Nadelfilz (needle punched mats)
Unterscheiden sie Gewebe nach der Art ihrer Bindung und charakterisieren Sie die Drapbierbarkeit.
- Leinwandbindung
- der Schuss geht abwechselnd über und unter den einzelnen Kettfäden hindurch
- Faltebildung führt zu schlechter Drapierbarkeit
- Körperbindung
- der Schuss geht unter einem Kettfaden hindruch, danach über (mindestens) zwei Kettfäden hinweg, wieder unter einem hindurch, und so weiter. Der nächste Schussfaden verlagert diesen Rhythmus um eins zur Seite und eins nach oben.
- gut drapierbar, da keine Faltenbildung.
(Siehe auch Bindungslehre)
Nennen Sie 5 grundlegende Verarbeitungsprozesse zur Herstellung von Textilhalbzeugen bzw Preforms
Herstellungsprozesse für textile Halbzeuge:
- Braiding (Weben von Tubusförmigen Halbzeugen)
- Weben
- Vernähen
- Non-Crimp-Fibers (NCF) (nicht verwebt sondern UD-Schichten vernäht, bessere mechanische Eigenschaften, aber u. U. schlechtere Drapierbarkeit)
- Stricken
Wofür steht der Begriff Prepreg und worauf ist bei Prepregs zu achten?
Preimpregnated Sheet Material
- Der Qualitätsbestimmende Schritt der Harzauftragung geschieht unter reproduzierbaren Bedingungen
- UD-Gelege oder Gewebe
- Reaktion wird durch kühle Lagerung hinausgezögert (z.B. -20°C)
- Kann bei einer Temperatur von -20°C für ca. 6 Monate gelagert werden
Nennen Sie 6 Verfahren zur Herstellung von Composites
Manuell:
- Hand Layup
- Hand Layup mit Prepregs und Aushärten im Autoklaven
Automatisch:
- Tape Laying
- Winding (Wickeln)
- Automated Fiber Placement (AFP)
- Braiding (Flechten)
- Resin-Transfer-Moulding (RTM)
- VARI
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