Prozesstechnik der Verbundwerkstoffe
Lernkarteien für die Vorlesung: Prozesstechnik der Verbundwerkstoffe von Prof. Dr. Ing. Peter Mitschang, TU Kaiserslautern
Lernkarteien für die Vorlesung: Prozesstechnik der Verbundwerkstoffe von Prof. Dr. Ing. Peter Mitschang, TU Kaiserslautern
Welche Matrixformen werden zur Halbzeugherstellung verwendet?
- Schmelze
- Pulver
- Folie (Film-Stacking)
- Polymerfaser
- gelöstes Polymer
Welche Prepregformen werden zur Halbzeugherstellung (Organoblech) verwendet?
- breites Tape, Mischgarnprepreg
- Tape-Gewebe, Schmelzeprepreg, Pulverprepreg
- Fluidprepreg
- Filmprepreg
Welche Annahmen werden zur Integration des Fließgesetzes getroffen? Wie lautet die Integration von D'Arcy
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Wie unterscheidet sich die Realität von den idealisierten Annahmen zur Imprägnierung faserverstärkter Thermoplaste?
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Nennen sie min. 2 statische Verfahren zur Halbzeugherstellung
- Autoklav
- Vakuumtisch
- einfache Statische Presse
- statische Etagenpresse
Nennen sie min. 2 semi-kontinuierliche Verfahren zur Halbzeugherstellung
- Transferpressen
- Pressstraßen
- Kurztaktpressen
- Intervallheißpressen
Nennen sie min. 2 kontinuierliche Verfahren zur Halbzeugherstellung
Rotationspressen, "AUMA"- Technologie
Isochore/Isobare Doppelbandpresse:
- mit Rollenteppichprinzip
- mit Gleitschichtprinzip
- mit Druckkissenprinzip
Was ist hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit zu statische, semi-kontinuierlichen und kontinuierlichen Verfahren zur Halbzeugherstellung zu beachten?
- von statisch zu kontinuierlichen Verfahren steigende Anlagenkosten und steigende Materialdurchsätze (geringere Zykluszeiten)
- Film-Stacking und Prepregverfahren für geringe bis mittlere Materialdurchsätze, Direktverfahren für hohe Materialdurchsätze
Bewerten sie die Eigenschaften verschiedener FKV-Verarbeitungsverfahren (Verstärkungsfaser, Thermo/Duroplast, Bauteilgröße, Zykluszeit, Faserorientierung, Bauteilkomplexität)
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Skizzieren und beschriften sie den Temperaturverlauf beim Stempelumformen!
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Nennen und Bewerten sie die 3 gängigen Aufheizverfahren für die Umformtechnik
- Kontakt-Konduktion
- Umluft-Konvektion
- Infrarot-Strahlung
Nennen sie Umformfehler, deren Ursache und mögliche Abhilfe
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Bewerten sie Metall und Silikonstempel hinsichtlich folgenden Eigenschaften:
- Druckverteilung
- Hinterschneidungen
- Halbzeugdickenanpassung
- sequentielle Umformung
- Werkzeugstandzeiten
- Werkzeugkosten
- Eigenspannungen
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Nennen sie Vor & Nachteile der Stempelumformung mit Silikonstempel!
Vorteile:
- homogene Druckverteilung
- leichte Hinterschneidungen möglich
- extrem kurze Zykluszeiten
- geringere kosten als Metalstempelverfahren
- Variable Werkzeugkavitäten
Nachteile:
- wegen auftretender Faltenbildung Niderhalter Notwendig
- eingeschränktere Formteilkomplexität gegenüber Metallstempelverfahren
- Spezieller Silikonstempel
Nennen sie Vor- und Nachteile der Stempelumformung mit Metallstempel?
Vorteile:
- kleine Radien und Ecken sehr gut umformbar
- hohe Formteilreproduzierbarkeit
- extrem kurze Zykluszeiten
- hohe Standzeiten
Nachteile:
- Niederhalter notwendig
- exakte einhaltung der Werkzeugkavität
- kein Druckaufbau senkrecht zur Pressrichtung
- hohe Werkzeugkosten
Nennen sie Vor- und Nachteile der Stempelumformung mit Elastomerblock?
Vorteile:
- homogene Druckverteilung
- sehr kurze Zykluszeiten
- leichte Hinterschneidung möglich
- nur eine Werkzeughälfte benötigt
- unterschiedliche Laminatdicken
- Nachteile:
- Niederhalter notwendig
- begrenzte Haltbarkeit des Elastomerblocks
- nur unzureichende Ausformung scharfer Kanten
Skizzieren sie den Viskositätsverlauf bei der SMC-Prozesskette!
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Vergleichen sie SMC und GMT hinsichtlich:
- Zuschnitttemperatur
- Werkzeugtemperatur
- Verarbeitungscharakter
- Matrix
- Additive
- Verstärkung
- Verarbeitungsdruck
- Zykluszeit
- Oberflächenqualität
- Preiß
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Vergleichen sie LFT und GMT, wo liegen ihre Vorteile?
GMT (Glasmattenverstärkter Thermoplast)
- höhere Festigkeit, insb. Schlagzähigkeit
- großflächiges Einlegen in das Werkzeug; dadurch geringere Fließwege und Faserorientierung
- homogenere Bauteilqualität
- bekannte Technologie
LFT (Langfaserverstärkter Thermoplast)
- unabhängig von individuellen Zuschnitten
- hohe Glasfaserhalte in tiefen Rippen
- Rückführung von Stanzabfällen möglich
- geringere Presskräfte erforderlich
- geringerer Inverstitionsbedarf
Nenne sie qualitätsrelevante Prozessmerkmale bei der GMT-Verarbeitung
- Ofentemperatur
- Verweildauer im Ofen
- Werkzeugtemperatur
- Schließgeschwindigkeitsprofil
- Presskraftprofil
- Leistungsprofil
- Parallelität
Skizzieren sie den Verlauf von Schubmodul über die Temperatur für amorphe und teilkristalline TP und zeichnen sie charakteristische Temperaturbereiche ein!
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Nennen sie Vor- und Nachteile thermoplastischer Kunststoffe.
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Nennen sie Vor- und Nachteile duroplastischer Kunststoffe!
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Beschriften sie das nachfolgende Viskositätsdiagramm.
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Wie wirkt sich steigende Kristallinität auf Kunststoffe aus?
Steigende Kristallinität bedeutet:
- höhere Dichte
- höherer E-Modul
- höhere Festigkeit
- höhere Härte
- bessere Lösungsmittelbeständigkeit
- bessere Abriebfestigkeit
- opake Farbe
- nicht transparent
- höhere Verarbeitungsschwindung
Skizzieren sie den Verlauf von Schubmodul über die Temperatur für Duroplasten und zeichnen sie charakteristische Temperaturbereiche ein!
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Nennen sie wichtige Duroplaste und erläutern sie ihre Anwendungsfelder, Vorteile und Preise.
- Phenolharze: Hochtemperaturanwendungen, Feuerbeständigkeit. 1-5€/kg
- Ungesättigte Polyester UP: Leicht zu verarbeiten, vielfältig. 1-5€/kg
- Vinylester-Harze VE: Extreme chemische Resistenz, gute mechanische Eigenschaften. 3-20€/kg
- Epoxid-Harze EP: Niedriger Schrumpf, gute mechanische Eigenschaften, elektrische Isolierung. 3-15€/kg
Skizzieren sie den Temperatur-Zeit-Verlauf bei der Verarbeitung von Duroplasten.
exotherme Verarbeitung
Nennen sie den Viskositätsbereich RTM Prozesse
100-1000 mPas
Welche Fließverhalten kennen sie? Skizzieren sie diese!
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Wie wirkt sich die Temperatur auf die Topfzeit aus? (Skizze!)
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Skizzieren sie einen isothermen und nicht isothermen Viskositätsverlauf und Begründen sie ihre Skizze!
Härten -> Exotherme Reaktion -> Temperatur steigt -> Viskosität sinkt zunächst, mit fotschreitender Zeit härtet der Duroplast (durch Temperatur beschleunigt!) -> Viskosität steigt rasch
Skizzieren sie den Viskoistätsverlauf beim Härten und erläutern sie den Verlauf
- mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität (rheologischer Anteil)
- mit steigender Vernetzung (durch Aushärtung) steigt die Viskosität
Durch was entsteht Schwindung? (Skizze) Nennen sie ungefähre Werte für verschiedene Duroplaste!
Verarbeitungsschwindung:
- ungesättigte Polyesterharze: 6-10%
- Epoxidharze: 1-3%
- Vinylesterharze 1%
Skizzieren sie den E-Modul für den Winkel zwischen Zug und Faserrichtung einer UD-Schicht, eines biaxialen Geleges, eines Gewebes und eines Multiaxialen Geleges.
- UD-Schicht, biaxiales Gelege, Gewebe: anisotrop
- multiaxiales Gelege: quasi-isotrop
Skizzieren sie das Normierte Eigenschaftsniveau von LFT über die Faserlänge!
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Skizzieren sie den Vakuumaufbau für einen Autoklav-Prozess
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Skizzieren sie den Temperatur- und Druckverlauf in einen Autoklavzyklus für einen GF/EP und einen GF/PA FKV.
- GF/EP -> Duroplast
- GF/PA -> Thermoplast
Nennen sie Vor- und Nachteile des Autoklavverfahrens!
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Erläutern sie die LCM Prozesskette
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Flashcards
Skizzieren sie das Flussdiagramm für den Wickelprozess
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Grenzen sie das Tapelegen zur Wickeltechnik ab
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Was sind Mikro-, was Makrofließwege?
- Mikrofließwege: Eindringen der Matrix in ein Roving
- Makrofließwege: Eindringen der Matrix zwischen Rovings
Nennen sie 5 verschieden Textilformen zur Halbzeugherstellung
- Garne (verdreht Filamente)
- Rovings (Filamentbündel)
- Matten, Vliese
- Gewebe
- Gelege (abgelegte Rovings, die durchstochen und vernäht werden)
- Gewirke (Rovings werden direkt vernäht, nicht durchstochen)
- Gestricke
- Geflechte
Welche Matrixformen werden zur Halbzeugherstellung verwendet?
- Schmelze
- Pulver
- Folie (Film-Stacking)
- Polymerfaser
- gelöstes Polymer
Welche Prepregformen werden zur Halbzeugherstellung (Organoblech) verwendet?
- breites Tape, Mischgarnprepreg
- Tape-Gewebe, Schmelzeprepreg, Pulverprepreg
- Fluidprepreg
- Filmprepreg
Welche Annahmen werden zur Integration des Fließgesetzes getroffen? Wie lautet die Integration von D'Arcy
.
Wie unterscheidet sich die Realität von den idealisierten Annahmen zur Imprägnierung faserverstärkter Thermoplaste?
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Nennen sie min. 2 statische Verfahren zur Halbzeugherstellung
- Autoklav
- Vakuumtisch
- einfache Statische Presse
- statische Etagenpresse
Nennen sie min. 2 semi-kontinuierliche Verfahren zur Halbzeugherstellung
- Transferpressen
- Pressstraßen
- Kurztaktpressen
- Intervallheißpressen
Nennen sie min. 2 kontinuierliche Verfahren zur Halbzeugherstellung
Rotationspressen, "AUMA"- Technologie
Isochore/Isobare Doppelbandpresse:
- mit Rollenteppichprinzip
- mit Gleitschichtprinzip
- mit Druckkissenprinzip
Was ist hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit zu statische, semi-kontinuierlichen und kontinuierlichen Verfahren zur Halbzeugherstellung zu beachten?
- von statisch zu kontinuierlichen Verfahren steigende Anlagenkosten und steigende Materialdurchsätze (geringere Zykluszeiten)
- Film-Stacking und Prepregverfahren für geringe bis mittlere Materialdurchsätze, Direktverfahren für hohe Materialdurchsätze
Bewerten sie die Eigenschaften verschiedener FKV-Verarbeitungsverfahren (Verstärkungsfaser, Thermo/Duroplast, Bauteilgröße, Zykluszeit, Faserorientierung, Bauteilkomplexität)
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Skizzieren und beschriften sie den Temperaturverlauf beim Stempelumformen!
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Nennen und Bewerten sie die 3 gängigen Aufheizverfahren für die Umformtechnik
- Kontakt-Konduktion
- Umluft-Konvektion
- Infrarot-Strahlung
Nennen sie Umformfehler, deren Ursache und mögliche Abhilfe
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Bewerten sie Metall und Silikonstempel hinsichtlich folgenden Eigenschaften:
- Druckverteilung
- Hinterschneidungen
- Halbzeugdickenanpassung
- sequentielle Umformung
- Werkzeugstandzeiten
- Werkzeugkosten
- Eigenspannungen
.
Nennen sie Vor & Nachteile der Stempelumformung mit Silikonstempel!
Vorteile:
- homogene Druckverteilung
- leichte Hinterschneidungen möglich
- extrem kurze Zykluszeiten
- geringere kosten als Metalstempelverfahren
- Variable Werkzeugkavitäten
Nachteile:
- wegen auftretender Faltenbildung Niderhalter Notwendig
- eingeschränktere Formteilkomplexität gegenüber Metallstempelverfahren
- Spezieller Silikonstempel
Nennen sie Vor- und Nachteile der Stempelumformung mit Metallstempel?
Vorteile:
- kleine Radien und Ecken sehr gut umformbar
- hohe Formteilreproduzierbarkeit
- extrem kurze Zykluszeiten
- hohe Standzeiten
Nachteile:
- Niederhalter notwendig
- exakte einhaltung der Werkzeugkavität
- kein Druckaufbau senkrecht zur Pressrichtung
- hohe Werkzeugkosten
Nennen sie Vor- und Nachteile der Stempelumformung mit Elastomerblock?
Vorteile:
- homogene Druckverteilung
- sehr kurze Zykluszeiten
- leichte Hinterschneidung möglich
- nur eine Werkzeughälfte benötigt
- unterschiedliche Laminatdicken
- Nachteile:
- Niederhalter notwendig
- begrenzte Haltbarkeit des Elastomerblocks
- nur unzureichende Ausformung scharfer Kanten
Skizzieren sie den Viskositätsverlauf bei der SMC-Prozesskette!
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Vergleichen sie SMC und GMT hinsichtlich:
- Zuschnitttemperatur
- Werkzeugtemperatur
- Verarbeitungscharakter
- Matrix
- Additive
- Verstärkung
- Verarbeitungsdruck
- Zykluszeit
- Oberflächenqualität
- Preiß
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Vergleichen sie LFT und GMT, wo liegen ihre Vorteile?
GMT (Glasmattenverstärkter Thermoplast)
- höhere Festigkeit, insb. Schlagzähigkeit
- großflächiges Einlegen in das Werkzeug; dadurch geringere Fließwege und Faserorientierung
- homogenere Bauteilqualität
- bekannte Technologie
LFT (Langfaserverstärkter Thermoplast)
- unabhängig von individuellen Zuschnitten
- hohe Glasfaserhalte in tiefen Rippen
- Rückführung von Stanzabfällen möglich
- geringere Presskräfte erforderlich
- geringerer Inverstitionsbedarf
Nenne sie qualitätsrelevante Prozessmerkmale bei der GMT-Verarbeitung
- Ofentemperatur
- Verweildauer im Ofen
- Werkzeugtemperatur
- Schließgeschwindigkeitsprofil
- Presskraftprofil
- Leistungsprofil
- Parallelität
