Placeholder text
Untersuchung und Methodenentwicklung zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit von Faserverbundkunststoffen
Untersuchung und Methodenentwicklung zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit von Faserverbundkunststoffen
0 - Default Title
Description
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Ummantelung von Pech-basierten Kohlenstofffasern mit thermoplastischen Polymeren die Knoten- sowie die Schlingenh?chstzugkraft in genormten Versuchen signifikant steigert. Das Friktionsspinnen ist f?r Fasern mit mittlerem bis hohem E-Modul geeignet. F?r ultrahochmodulige Fasern ist die Beschichtung anzuwenden, welche die Kohlenstofffasern w?hrend des Prozesses weniger sch?digt und damit bricht. Die H?chstzugkraft im Knotenzugversuch konnte f?r eine Mitsubishi K13D2U- Faser um den Faktor 175 gesteigert werden. Die Kombination der Mitsubishi K13D2U-Faser mit einer Glasfaser erzielt eine 280-fache H?chstzugkraft im Schlingenzugversuch. Der Festigkeitsanstieg ist so hoch, dass eine Verarbeitung mit industriellen N?h- und Tuftingverfahren m?glich ist. Hierdurch k?nnen textile Strukturen gezielt in Dickenrichtung verst?rkt und die W?rmeleitf?higkeit gesteigert werden.
Eine niedrige W?rmeleitf?higkeit der polymeren Matrix bewirkt eine geringe W?rmeleitf?higkeit des FVK auch bei Einsatz von Pech-basierten Kohlenstofffasern. Die Additivierung der polymeren Matrix mit gemahlenen Pechbasierten Kohlenstofffasern steigert die W?rmeleitf?higkeit um mehr als das 30-fache. Mit steigendem Faseranteil erh?ht sich die Viskosit?t der Matrix und l?sst eine Harzinfusion aufgrund von Ausfilterungseffekten nicht mehr zu. Die Verarbeitung im Transferverfahren erm?glicht dennoch eine vollst?ndige Tr?nkung von textilen Preforms. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Out-ofplane- und die In-plane-W?rmeleitf?higkeit signifikant ansteigen, wenn die polymere Matrix mit gemahlenen Pech-basierten Kohlenstofffasern additiviert wird. In Out-of-plane-Richtung kann die W?rmeleitf?higkeit um das Vierfache gesteigert werden. In der In-plane-Richtung liegt die Steigerung in den Versuchsreihen beim bis zu Sechsfachen.
Verschiedene Effekte konnten identifiziert werden, welche f?r die W?rmeleitung und/oder Verteilung der W?rme in FVK-Bauteilen verantwortlich sind. Diese Bauteile sind in der Lage, W?rme in der In-plane-Richtung, der Out-ofplane-Richtung oder deren Kombination zu ?bertragen. W?rme kann daneben gezielt in ein FVK eingeleitet oder von diesem abgegeben werden. In einem morphologischen Kasten sind alle Ergebnisse zu diesen Effekten als Teill?sungen ?bersichtlich dargestellt. F?r eine individuelle Anwendung kann die Teill?sungen zu einer Gesamtl?sung kombiniert werden. Als Hilfestellung sind f?r drei identifizierten Effekte Gesamtl?sungen zusammengestellt, deren Herausforderungen aufgef?hrt sowie die Vorteile dieser L?sungen erl?utert.
Als Einzell?sung f?r eine W?rme?bertragung in der Out-of-plane-Richtung eines FVK-Bauteils wurde eine CFK-Sandwich-Variante entwickelt, die eine W?rmeleitf?higkeit von 26 Wm-1K-1 und damit 37-fach mehr als ein Standard- CFK-Bauteil, erzielt. Damit st??t diese FVK-L?sung mit ihrem Ergebnis in den Bereich der metallischen Leiter vor. Diese Erfindung ist als Patentanmeldung beim Deutsche Patent- und Markenamt, M?nchen, eingereicht [GG12].
Die Vorhersage der W?rmeleitf?higkeit von FVK stellt derzeit noch eine hohe H?rde da. Eine L?sung zur Berechnung mittels einer Simulation wurde kurz aufgef?hrt. Dieses Hilfsmittel muss nachfolgend weiter verfeinert, vereinfacht und auf dreidimensionale Faserstrukturen erweitert werden. Die Thermographie bietet bereits heute eine schnelle und verh?ltnism??ig einfache Bestimmung der W?rmeleitf?higkeit von FVK-Bauteilen, verglichen mit station?ren Messmethoden an kleinen Probek?rpern.
Diese Arbeit liefert f?r W?rme?bertragungsprobleme mit FVK einen zeit- und kostenreduzierten L?sungsweg mit Teil- oder Gesamtl?sungen. Zahlreiche Einzel- sowie kombinierte Ergebnisse der durchgef?hrten FVK-Untersuchungen sind aufgef?hrt, um eigene und/oder erweiterte Untersuchungen anzuschlie?en zu k?nnen und eigene Schlussfolgerungen zu ziehen.
Ob eine existierende Werkstoffl?sung, sei es eine metallische oder eine FVKbasierte, durch die in dieser Arbeit vorgestellten Materialkombinationen erg?nzt oder ersetzt wird, entscheidet auch der Kunde. Den klar artikulierten Forderungen des Marktes stehen hohe Materialkosten f?r Pech-basierte Kohlenstofffasern gegen?ber. Diese Arbeit ist in der Lage, die Materialkosten pro kg (Mehrkosten f?r Gewichtsreduktion) zu berechnen. Weitere Kalkulationen u. a. der Prozesskosten liefert dieser Forschungsbeitrag nicht. Anhand eines Werkstoffbeispieles wurde gezeigt, dass auf Basis dieser vereinfachten Kalkulation eine Wettbewerbsf?higkeit der vorgeschlagenen Werkstoffkombinationen f?r die Luft- und Raumfahrtbranche besteht. Der Kostendruck der Automobilbranche erfordert weitere Kostenreduktionen, z. B. durch Materialkombinationen mit g?nstigeren metallischen Fasern. Diese Untersuchungen m?ssen m?glichste nahtlos an diese Arbeit angeschlossen werden.
Product details
- Binding:
- Paperback
- Edition:
- 1
- Number of Pages:
- 256
- Publication Date:
- 2013-04-04
- Publisher:
- Shaker Verlag
- Languages:
- Original: German
- ISBN10:
- 3844017046
- ISBN13:
- 9783844017045
- Weight:
- 356 g
- Height:
- 149 cm
- Width:
- 212 cm
- Thickness:
- 27 cm
Currently sold out