1. Detaillierte Erklärung des Kohlefaser-Vakuumformverfahrens

Kernkonzept: Ein Verfahren zur Formung von Verbundwerkstoffen, bei dem Vakuumunterdruck als einzige oder primäre Presskraft eingesetzt wird

Versiegeln Sie das kohlenstofffaserverstärkte Material (trockenes Gewebe+Harz oder Prepreg), das auf der Form gestapelt ist, mit einem Vakuumbeutel.

Durch das Vakuum wird eine Umgebung unterhalb des Atmosphärendrucks (normalerweise ≥ -0,08 MPa) geschaffen, wobei der Atmosphärendruck (etwa 0,1 MPa) genutzt wird.

Gleichmäßiges Verdichten und Verlegen der Schicht bei gleichzeitiger Erwärmung (Ofen, Decke oder Umgebungstemperatur), damit das Harz fließt, die Fasern infiltriert und aushärtet

2. Merkmale des Vakuumformungsprozesses

Die Investitionen in die Ausrüstung (Vakuumpumpe, Ofen) sind viel geringer als bei Heißpressdosen.

Die Kosten für die Formen (oft Holzformen, Verbundformen) sind deutlich niedriger als die Kosten für hochpräzise Hochdruck-Metallformen, die für Heißpressdosen verwendet werden.

Einzelne Druckquelle: ausschließlich atmosphärischer Druck (ca. 0,1 MPa) als Verdichtungsdruck, mit begrenztem Druck

Relativ gleichmäßiger Druck: Der Atmosphärendruck wirkt aus allen Richtungen auf den Vakuumbeutel und sorgt für einen gleichmäßigeren Verdichtungseffekt (besser als Kontaktformung)

Ausgezeichnete Absaugfähigkeit: Kontinuierliches Vakuum entfernt effektiv Luft, Feuchtigkeit und flüchtige Substanzen und reduziert die Porosität (nicht so effektiv wie bei Heißpressdosen)

3. Kohlefaser-Vakuumformverfahren

Materialvorbereitung - Auflegen - Versiegeln - Entformen und Nachbehandlung

4. Vor- und Nachteile des Kohlefaser-Vakuumformverfahrens

Vorteil

Einfache Ausrüstung und geringe Anforderungen an den Standort: Vakuumpumpen und Öfen (oder Heizdecken) können die meisten Anforderungen erfüllen

Hervorragende Anpassungsfähigkeit an komplexe Formen: extrem hohe Anpassungsfähigkeit an gekrümmte Oberflächen, Rillen und großflächige Strukturen

Gute Oberflächenqualität (Formoberfläche): Die Formoberfläche kann einen hohen Grad an Glattheit erreichen

Effektive Verringerung der Porosität: kontinuierliche Vakuumabsaugung, deutlich besser als beim Kontaktgießen mit offenen Formen

Relativ einfach zu bedienen und zu erlernen: die technische Schwelle ist niedriger als bei der Heißpresswanne

Benachteiligungen

Die mechanischen Eigenschaften sind begrenzt: Der maximale Verdichtungsdruck beträgt nur 0,1 MPa, was zu einem geringen Faservolumengehalt (50-55%), einer hohen Porosität (1-3%+) und deutlich geringeren mechanischen Eigenschaften (insbesondere Zwischenschichtfestigkeit und Druckfestigkeit) im Vergleich zu Heißpressprodukten führt.

Schwierige Steuerung des Harzflusses (Nassverfahren): ungleichmäßige Infiltration (schlechtes/reiches Harz), Harzfluss und andere Probleme, die sich auf die Leistung und das einheitliche Aussehen auswirken

Begrenzte Aushärtungstemperatur und -zeit: begrenzt durch Ofengröße, Leistung oder Harzsystem

Zuverlässigkeit des Vakuumbeutelsystems: Es besteht immer das Risiko eines Versagens der Versiegelung, was zu Chargenausschuss führen kann.

Relativ niedrige Produktionseffizienz: Schichtverlegung (insbesondere Nassverfahren), Verpackungszeit und Aushärtungszeit können länger sein

Beidseitiger Qualitätsunterschied: Die Vakuumbeutel-Oberfläche (Antihaft-Oberfläche) ist in der Regel rauer und erfordert eine zusätzliche Bearbeitung

Behandlung flüchtiger Stoffe (Nassverfahren): Einige Harze (z. B. Polyester/Vinylester) können während des Aushärtungsprozesses irritierende Gerüche oder geringe Mengen flüchtiger Stoffe erzeugen.

5. Anwendungsbereiche des Kohlefaser-Vakuumformverfahrens; zukünftige Entwicklungstrends

Anwendungsbereich

Kraftfahrzeuge: Karosserieverkleidungen (Motorhaube, Spoiler), Innenteile, nicht tragende Strukturteile, Prototypenteile

Schiffe und Ozeane: Schiffsrumpf, Decksbauteile, Lukendeckel, Deflektoren, Kajaks, Paddel

Windenergieerzeugung: kleine und mittlere Windturbinenblätter, Gondelabdeckungen, Verkleidungen

Sport und Freizeit: Fahrradrahmen (Einstiegs-/Mittelklasse), Helm, Surfbrett, Snowboard, Angelrute, Ruderboot (einige nicht tragende Komponenten)

Industrielle Ausrüstungen: Maschinenschutzabdeckungen, Platten, Halterungen, Rohrleitungen, Tankauskleidungen, Vorrichtungen und Lehren

Architektur und Kunst: Architektonische Dekorationstafeln, Skulpturen, Modelle, Exponate

Unterhaltungselektronik: Drohnengehäuse (Verbraucherqualität), Audiogehäuse, Gehäuse für hochwertige elektronische Geräte

Luft- und Raumfahrt (sekundäre tragende Komponenten/Inneres): Verkleidungen, Innenverkleidungen, Kanäle, sekundäre Halterungen

Zukünftige Entwicklungstrends

Prepreg-Optimierung: Entwicklung von Hochleistungs-Prepregs mit niedriger Viskosität und hoher Fließfähigkeit (VO Vacuum Only), die speziell für Vakuumbeutelverfahren optimiert sind

Effizienz und Automatisierung

Automatisierte Verlegung: Erforschung der Anwendung von automatischen Schneidemaschinen und einfachen Verlegevorrichtungen bei der Vakuumformung, besonders geeignet für flache oder einfach gekrümmte Bauteile

Schnell härtendes Harzsystem: Verkürzung des Aushärtungszyklus und Verbesserung der Produktionseffizienz

Modulare/integrierte Geräte: Entwicklung kompakter und einfach zu bedienender integrierter Systeme für die Vakuumbeheizung

Trockenfaserinfusion ersetzt das Nassverfahren: verbessert die Gleichmäßigkeit der Infiltration und reduziert die VOC-Emissionen (obwohl es sich streng genommen um eine RTM-Variante handelt, wird sie oft mit Vakuum kombiniert)

Ausweitung der Anwendung: Kontinuierlicher Ersatz traditioneller Materialien und teurerer Verfahren in den Bereichen Kleinserienanfertigung und große nicht tragende Strukturen

Zusammenfassung

Der Kern liegt in der Verwendung von atmosphärischem Druck (ca. 0,1 MPa) zur gleichmäßigen Verdichtung und Verlegung von Schichten durch ein Vakuum-Unterdrucksystem, kombiniert mit Heizung (Ofen/Heizdecke/Raumtemperatur) zur vollständigen Aushärtung des Harzes und Infiltration der Fasern