Anwenderbericht: Überwachung der Oberflächentemperatur an aushärtenden Epoxidharzproben

Während der Aushärtung wird ein Polymer mit einer stark vernetzten Struktur – auch Duromer genannt – gebildet. Polymere weisen im Allgemeinen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Gerade bei dickwandigen Bauteilen führen diese Eigenschaften zu einer inhomogenen Temperaturverteilung mit Hotspots. Dies birgt die Gefahr, dass sich die Materialeigenschaften der Polymere verschlechtern, beispielsweise deren Festigkeit sinkt, Porosität steigt oder sie sogar entflammen. Darüber hinaus geht die vernetzende Aushärtereaktion von Epoxidharzen mit einer volumetrischen Schwindung des Materials einher. Diese können teils starke mechanische Eigenspannungen im Material hervorrufen, welche bereits vor dem eigentlichen Belasten zum Versagen des Bauteils führen können. Eine genaue numerische Vorhersage der Temperaturentwicklung in Bauteilen ist essenziell, um geeignete Temperaturführungen im Herstellungsprozess von Faserverbundbauteilen zu entwickeln.

Das Institut für Technische Mechanik der TU Clausthal entwickelt mathematische Modelle auf Grundlage vielfältiger experimenteller Untersuchungen. Diese Materialmodelle geben das mechanische, thermische und in diesem Fall auch chemische Verhalten des Polymers wieder. Implementiert in eine Finite-Elemente-Software, ermöglichen sie die Vorhersage des Prozess- bzw. Bauteilverhaltens. Vor dem Hintergrund der erwähnten Herausforderungen an die Prozessführung bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen betrachten Dipl.-Ing. Chris Leistner und seine Kollegen am Institut für Technische Mechanik im Rahmen ihrer Untersuchungen unter anderem das reine Epoxidharzsystem. Zur Modellvalidierung dienen ihnen Temperaturmessungen an Epoxidharzproben während der Aushärtung.

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