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Beim Autoklavenverfahren werden Prepregs gemäß den Laminiervorgaben in einer Form laminiert, in einem Vakuumbeutel versiegelt und anschließend in einen Autoklaven gegeben. Durch Erhitzen und Druckbeaufschlagung im Autoklaven härtet das Material aus und erhält so die gewünschte Form, wobei die Qualitätsanforderungen für das Bauteil erfüllt werden.

Vorteile des Autoklavverfahrens:

Gleichmäßige Druckverteilung im Behälter: Die Druckbeaufschlagung mit Druckluft, Inertgasen (N₂, CO₂) oder Gasgemischen gewährleistet einen gleichmäßigen Druck an allen Punkten entlang der Normalenlinien der Vakuumsackoberfläche. Dies ermöglicht einen gleichmäßigen Druck während der Bauteilformung und -aushärtung.

Gleichmäßige Lufttemperatur im Tank: Das Heiz- (oder Kühl-)Gas zirkuliert schnell im Tank und sorgt so für eine konstante Gastemperatur an allen Stellen. In Verbindung mit einer optimierten Formkonstruktion werden dadurch minimale Temperaturunterschiede am Bauteil während der Heiz- und Kühlzyklen im Inneren der Form gewährleistet.

Breites Anwendungsspektrum: Die relativ einfache Formkonstruktion ermöglicht hohe Effizienz und eignet sich daher zur Herstellung großflächiger, komplexer Oberflächen wie Verkleidungen, Paneele und Schalen. Sie ermöglicht die Fertigung verschiedenster komplexer Strukturen und Bauteile unterschiedlicher Abmessungen. Die Temperatur- und Druckbedingungen im Autoklaven erfüllen die Formgebungsanforderungen nahezu aller Polymermatrix-Verbundwerkstoffe.

Stabiles und zuverlässiges Umformverfahren: Gleichmäßiger Druck und gleichmäßige Temperatur im Autoklaven gewährleisten eine gleichbleibende Bauteilqualität. Im Autoklavenverfahren hergestellte Bauteile weisen eine geringe Porosität und einen gleichmäßigen Harzgehalt auf. Im Vergleich zu anderen Umformverfahren bieten autoklavierte Bauteile stabile und zuverlässige mechanische Eigenschaften. Bis heute wird der Großteil der hochbelasteten Verbundbauteile in der Luft- und Raumfahrt im Autoklavenverfahren gefertigt.

Nachteile des Autoklavierverfahrens:

Hoher Investitions- und Kostenaufwand: Im Vergleich zu anderen Verfahren sind Autoklavensysteme groß, strukturell komplex und gelten als Druckbehälter, was den Bau eines großen Autoklaven extrem kostspielig macht. Jeder Aushärtungszyklus verbraucht erhebliche Mengen teurer Hilfsmaterialien wie Vakuumbeutel, Dichtungen, Trennfolien, durchlässige Matten und Trenngewebe. Darüber hinaus benötigt das Verfahren beträchtliche Mengen an Wasser, Strom und Gas.

Hauptanwendungen des Autoklavenverfahrens:

Luft- und Raumfahrt: Außenhautpaneele, Rippen, Rahmen, Verkleidungen usw.

Automobilindustrie: Karosserieteile und Strukturbauteile wie innere/äußere Motorhaubenverkleidungen, innere/äußere Türverkleidungen, Dachverkleidungen, Kotflügel, Schweller, B-Säulen usw.

Schienenverkehr: Schwellen, Längsträger usw.;

Schifffahrtsindustrie, hochwertige Konsumgüter usw.

Das Autoklavenverfahren ist die primäre Methode zur Herstellung von kontinuierlichen Produkten.Faserverstärkter VerbundwerkstoffKomponenten. Verbundwerkstoffprodukte, die in Hightech-Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Schienenverkehr, Sport und Freizeit sowie neuen Energien weit verbreitet sind, machen im Autoklavenverfahren hergestellte Verbundwerkstoffe aus und machen über 50 % der gesamten Verbundwerkstoffproduktion aus. Allein im Luft- und Raumfahrtsektor liegt dieser Anteil bei über 80 %.

Vakuumhilfsmaterialien für Autoklaven

Vakuumbeutelfolie

Vakuumbeutelfolie dient als Prozesshilfsmittel beim Aushärten von Verbundbauteilen. Dieses Folienmaterial kann unter bestimmten Umgebungsbedingungen einen Vakuumzustand erzeugen und aufrechterhalten. Seine Funktion besteht darin, ein Vakuumsystem zu etablieren.

Trenngewebe dient üblicherweise als primäre Barriere zwischen dem Produkt und anderen Vakuumhilfsmitteln. Es haftet nicht am Produkt und lässt sich nach dem Aushärten leicht abziehen. Es ist bis zu einer Temperatur von ca. 230 °C temperaturbeständig.

PTFE-Hochtemperaturgewebe: Hochwertige Glasfasern werden in Leinwandbindung, Köperbindung, Satinbindung oder anderen Webarten zu fortschrittlichen Glasfasergeweben verarbeitet. Diese Gewebe durchlaufen spezielle Verfahren, bei denen sie wiederholt und gründlich mit einer PTFE-Emulsion imprägniert werden, um Hochtemperaturgewebe in verschiedenen Stärken und extrabreiten Ausführungen herzustellen.

Trennfilm

In den meisten Fällen kommt die Trennfolie in direkten Kontakt mit dem Laminat und isoliert dieses vom atmungsaktiven, nicht ablösbaren Filz. Die Wahl der Trennfolie hängt von der Aushärtungstemperatur, dem Druck, der Bauteilkomplexität und dem Harzsystem ab. Perforierte Trennfolien werden typischerweise verwendet, um die Entfernung von im Laminat eingeschlossener Luft und flüchtigen Bestandteilen zu gewährleisten.

Perforierter Filz

Das Nadelstanzverfahren gewährleistet präzise Kontrolle, gleichmäßige Oberflächendichte und optimale Dicke. Die lückenlose Metallprüfung während des gesamten Prozesses garantiert die Abwesenheit von Metallnadelfragmenten. Das Material bietet hervorragende Festigkeit, Druckbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und Anpassungsfähigkeit.

Aramid-Lochfilz

Es wird in Autoklavenprozessen eingesetzt, hat einen Erweichungspunkt von 170 °C und einen Schmelzpunkt über 240 °C und ist in der Lage, kurzzeitige Temperaturen unter 200 °C zu überstehen.

Dichtungsband

Dichtungsband dient zum Verschließen von Vakuumbeuteln und Formteilen. Es muss ausreichend haften, um gut auf den Formoberflächen zu haften, ohne dabei zu stark zu kleben. So lässt sich das Band zur Neupositionierung von den Vakuumbeutelfolien abziehen. Nach dem Aushärten muss es sich zudem rückstandsfrei von den Formoberflächen lösen lassen. Wir bieten verschiedene Dichtungsbänder für unterschiedliche Aushärtungsbedingungen an.

Vakuumschläuche

Vakuumschläuche umfassen Vakuumsockel, Rückschlagventile (männlich/weiblich) und verschiedene Schlauchkomponenten für Vakuumanwendungen. Diese Verbindungsstücke gewährleisten die Luftdichtheit während des Vakuumbetriebs.

Anwendung des Autoklavenformverfahrens

Als weit verbreitetes Umformverfahren fürKohlenstofffaserprodukteDer Autoklavierprozess umfasst folgende Schritte:

Vorbereitungsprozess

Dies umfasst vor allem die Werkzeug- und Materialvorbereitung, einschließlich Formen, Kohlenstofffaser-Prepregs und Hilfsmaterialien.

Materialaufbau

Dieser Schritt umfasst das Zuschneiden, Schichten und Verdichten des Prepregs. Kohlenstofffaser-Prepregs werden mithilfe von Schablonen oder automatisierten Schneidemaschinen auf die gewünschten Abmessungen zugeschnitten. Anschließend wird das Prepreg gemäß den Konstruktionsvorgaben geschichtet und schließlich vorverdichtet. Kohlenstofffaserprodukte wie Rohre, Platten oder andere komplexe Formen werden derzeit typischerweise manuell laminiert, was eine hohe Flexibilität ermöglicht.

Aushärtungsprozess

Dieser Schritt umfasst im Wesentlichen das Verpacken des Kohlefaserprodukts, das Zuschneiden der Hilfsmaterialien und deren Platzierung. Die Aushärtungsvorbereitung beinhaltet typischerweise das Bereitstellen des Bauteils, der Form, des Vakuumsacks und der Hilfsmaterialien. Zu den wichtigsten Hilfsmaterialien gehören Trennmittel und Entlüftungsmaterialien (die zur gleichmäßigen Vakuumverteilung im Vakuumsacksystem dienen).

Aushärtung und Formgebung

Die Aushärtung ist ein unerlässlicher Schritt für jedes Kohlenstofffaserprodukt. Dabei wird das duroplastische Harz im Prepreg unter festgelegten Prozessbedingungen erhitzt und unter Druck gesetzt, um eine stabile dreidimensionale Netzwerkstruktur zu bilden. Bei duroplastischen Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen sind nach der Aushärtung alle durch den Laminierungsvorgang oder den Aushärtungsprozess entstandenen Defekte irreversibel. Daher ist die strikte Kontrolle der Prozessparameter während der Autoklavenhärtung von entscheidender Bedeutung.

Inspektion

Die Inspektion erfolgt im Wesentlichen mit drei Methoden: Sichtprüfung, Ultraschallprüfung oder zerstörungsfreie Röntgenprüfung. Nach der Aushärtung werden Kohlenstofffaserprodukte einer Sichtprüfung der Oberfläche unterzogen, um Defekte wie weiße Flecken, Harzeinschlüsse oder Harzansammlungen festzustellen. Die innere Prüfung erfolgt typischerweise mittels Ultraschall- oder Röntgenprüfung, die je nach Materialdichte unterschiedliche Defektarten aufdecken und innere dichte Hohlräume oder Delaminationen erkennen können.

Nachbearbeitung

Die Nachbearbeitung ist notwendig, da bearbeitete Kohlefaserteile häufig Grate oder Überstände aufweisen. Diese können mithilfe von Poliermaschinen oder Fräsern entfernt werden, um die Konstruktionsvorgaben zu erfüllen.

Über diese Standardverfahren hinaus erfordern bestimmte Verbundbauteile eine sekundäre Autoklavenformung zum gemeinsamen Verbinden oder Aushärten, wodurch die Herstellung komplex geformter Verbundbauteile ermöglicht wird.