Entwicklung eines Reparaturverfahrens für kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe unter Verwendung thermisch aktivierter Oxid-Halbleiter

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Chokri Cherif; Dr. Rolf-Dieter Hund
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244448274

Der Einsatz von Faserkunststoffverbunden (FKV) auf Basis von Kohlenstofffaserverstärkungen in High-Tech-Anwendungen wächst stetig, wodurch sich auch die Nachfrage und der Forschungsbedarf an geeigneten Reparaturkonzepten für CFK-Bauteile erhöht. Das Hauptziel des Vorhabens ist die Erarbeitung der wissenschaftlichen Grundlage für die Entwicklung eines neuen Reparaturverfahrens für CFK-Strukturbauteile auf duromerer Basis in High-Tech-Anwendungen. Es ist vorgesehen, um den detektierten Schadensbereich im Faserkunststoffverbund das Matrixmaterial vollständig zu entfernen, einen kraftflussgerechten Lagenneuaufbau einzubringen und diesen mit einem definierten Harzsystem zu imprägnieren und zu konsolidieren. Dabei soll möglichst die vollständige Tragfähigkeit des Verbundes wiederhergestellt werden, ohne die ursprüngliche Verbundstruktur aufzudicken.Forschungsgegenstand ist die Prüfung der Effizienz von verschiedenen anorganischen Oxiden zum lokalen Abbau duromerer Matrixsysteme auf Basis von den hauptsächlich eingesetzten Epoxidharzen. Ein entscheidendes Auswahlkriterium ist die Bandlücke der Oxid-Halbleiter, da sich diese maßgeblich auf die Aktivierungsenergie und der damit verbundenen Arbeitstemperatur auswirkt. Im Zusammenhang mit der erforderlichen Aktivierungsenergie des Katalysators und deren Einbringung in die lokale Entfernung der duromeren Matrix im Reparaturbereich, wird die gezielte Steuerung des Matrixabbaus untersucht. Des Weiteren wird der Einfluss der metallischen Oxide auf die mechanischen Eigenschaften der Carbonfasern (Faserdegradation, Zug-E-Modul, Zugfestigkeit, Oberflächenenergie) und die Übergangszone zwischen abgebauter und intakter Matrix analysiert. Letzteres ist insbesondere für die Haftung des neuen Matrixmaterials von wesentlicher Bedeutung. Der mögliche Einfluss von ggf. verbleibenden Katalysatormaterialien im neuaufgebauten Verbund auf deren mechanischen Eigenschaften ist zu erforschen. Für die Wiederherstellung der Tragfähigkeit der Verbunde ist ein simulationsgestützter Neuaufbau der Verstärkungsstruktur unter Nutzung der vorhandenen ungeschädigten Verstärkungsstruktur durch Überlappen von textiltechnisch anforderungsgerechten realisierten Verstärkungshalbzeugen und der verbliebenen freigelegten Ausgangsverstärkungsstruktur (Zuschnittgeometrie, Verstärkungsstrukturanordnung, Überlappungs-/Lagenaufbau) vorgesehen. Für die Ermittlung der Tragfähigkeit der reparierten CFK-Strukturen erfolgt anschließend die Verbundbildung im neu aufgebauten Verstärkungsbereich durch Imprägnierung des gleichen duroplastischen Matrixmaterials des Originalverbundes mittels Vakuuminfusion, sowie die anschließende Aushärtung. Dazu erfolgen Untersuchungen an rechteckig und kreisförmig geschädigten Proben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen