Das Programmheft zum Download (PDF)

Zur Übersicht

Vortrag

Verfahrenskonzepte zur Herstellung von Hybridverbunden aus Aluminium und CFK mit polymerbasierter Isolationsschicht aus PEEK

Donnerstag (19.04.2018)
09:40 - 10:00 Uhr

09:40 - 10:00 Uhr

Bei der Herstellung von Hybridverbunden bestehend aus den Leichtbauwerkstoffen Aluminium und Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) wird bis heute auf konventionelle mechanische oder adhäsive Fügetechniken zurückgegriffen. Die direkte Verbindung der beiden Materialien ist jedoch aufgrund ihrer elektrochemischen Unverträglichkeit und der daraus resultierenden korrosiven Degradation problematisch. Ziel des von der DFG geförderten Forschungsvorhabens ist es, die Materialien Aluminium und CFK innerhalb eines urformenden Fertigungsschrittes auf neuartige Weise im Aluminiumdruckgussprozess zu einem intrinsischen Hybridverbund zu verbinden. Dabei werden zwei Verfahrenskonzepte verfolgt. In einem Ansatz wird in einem ersten Schritt das Polyetheretherketon (PEEK) unter Druck und Temperatur partiell auf CFK appliziert. Anschließend wird das CFK im beschichteten Bereich mit Al umgossen. Anhand der Analyse der Bruchflächen konnte hierbei verstärkt adhäsives, aber auch teilweise kohäsives Versagen in der Grenzschicht, bzw. im PEEK festgestellt werden. Es zeigt sich zudem, dass durch das PEEK eine räumliche Trennung der beiden Werkstoffe erzielt wird, wodurch auf eine elektrochemische Entkopplung geschlossen werden kann. Im Vergleich zu den bisher erzielten Ergebnissen dieses Verfahrenskonzeptes, konnte eine weitere Steigerung der Zugscherfestigkeit des Hybridverbundes auf 20 MPa erreicht werden. Hierbei wurde der Verbund verschiedenen Wärmebehandlungen, einschließlich einer T5 (2h 30 min bei 190° C mit anschließender Ofenabkühlung) unterzogen. Proben, die entsprechend des T5-Standards wärmebehandelt wurden, zeigen eine geringe Streuung sowohl in der Festigkeit als auch in der Steifigkeit. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird in einem weiterentwickelten zweistufigen Verfahrenskonzept das CFK in einem speziellen Druckgusswerkzeug In-Situ konsolidiert und mit Al angegossen. Hierfür werden Tailored-Fibre-Placement (TFP) lastpfad-orientierte hybride Preforms hergestellt, welche aus Kohlenstoff- und PEEK-Fasern bestehen. Diese werden anschließend in das Druckgusswerkzeug eingelegt und definiert ausgerichtet. Im darauf folgenden Prozessschritt werden die einzelnen PEEK-Fasern aufgeschmolzen. Unter Temperatur und Druck bilden diese sowohl die Matrix des CFK aus, als auch die Isolationsschicht zwischen CFK und Al. Abschließend wird das In-Situ konsolidierte CFK mit Al umgossen.

Sprecher/Referent:
Armin Schmid
Fraunhofer IFAM Bremen
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dipl.-Ing. Jan Clausen
    Fraunhofer IFAM Bremen
  • Katharina Arnaut
    Faserinstitut Bremen e.V.
  • Dr.-Ing. Michael Koerdt
    Faserinstitut Bremen e.V.
  • Adrian Struß
    Universität Bremen