DE102008051380A1

DE102008051380A1 - Verfahren zur Reparatur von faserverstärkten Kunststoffbauteilen

Info

Publication number: DE102008051380A1
Application number: DE200810051380
Authority: DE
Inventors: David Wacker
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: DE102008051380B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur von faserverstärkten Kunststoffbauteilen (1), mit folgenden Verfahrensschritten: Aufbringen von nicht ausgehärtetem Faserverbundmaterial (12) an der zu reparierenden Stelle des Kunststoffbauteils (1), Anbringen eines Vakuumaufbaus zur Aushärtung des Faserverbundmaterials (12), Aushärtung des Faserverbundmaterials (12) unter Durchlaufen mehrerer Temperaturstufen, wobei - das nicht ausgehärtete Faserverbundmaterial (12) in Form von Faserprepreglagen vorliegt, - die Aushärtung durchgehend unter Vakuum und ohne Anwendung von Überdruck erfolgt, - während der Aushärtung erfolgt auf mindestens einer Temperaturstufe ein Auswalzen der Prepreglagen (12) durch den Vakuumaufbau hindurch.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur von faserverstärkten Kunststoffbauteilen, insbesondere für Bauteile im Flugzeugbau.
Herkömmliche Reparaturen von faserverstärkten Kunststoffbauteile, z. B. aus CFK, werden durch Aufbringung von nassem Faserverbundmaterial aus infiltrierten Verstärkungsfasermaterial durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Aushärtung im Autoklaven unter erhöhtem Druck.
Mit diesem bekannten Verfahren ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften des beschädigten Bauteils annähernd wiederherzustellen. Nachteilig an diesem Verfahren ist es jedoch, dass die Reparatur durch den Einsatz des Autoklaven sehr aufwändig ist und bei größeren Bauteilen nicht unmittelbar vor Ort durchgeführt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Reparaturverfahren zu schaffen, das flexibler als das bekannt Verfahren einsetzbar ist, ohne dass hinsichtlich der Bauteileigenschaften des reparierten Bauteils eine Verschlechterung hingenommen werden müsste.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist Gegenstand eines Unteranspruchs.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Reparatur unter Verwendung von Faserprepregs, wobei die Aushärtung des Harzes durchgehend unter Vakuum und ohne Einsatz von Überdruck durchgeführt wird. Der Einsatz eines Autoklaven ist somit nicht notwendig. Auf mindestens einer Temperaturstufe während der Aushärtung erfolgt eine Druckbeaufschlagung durch Auf- bzw. Anwalzen der Faserprepreglagen, insbesondere um diese zu verdichten und Lufteinschlüsse im Harz zu entfernen.
Nach Anbringung des Vakuumaufbaus erfolgt während der Aushärtung und durch den Vakuumaufbau hindurch auf mindestens einer Temperaturstufe ein Auswalzen der Prepreglagen. Generell kann das Auswalzen auf solchen Temperaturstufen durchgeführt werden, auf denen die temperaturabhängige Viskosität des Harzes ein Auswalzen noch zulässt.
Ein Auswalzen der Prepreglagen kann auch bereits vor der Aushärtung erfolgen. Das Auswalzen erfolgt dabei bei Raumtemperatur und unter Vakuumbedingungen durch den Vakuumaufbau hindurch.
Beim Aufbringen der einzelnen Prepreglagen können diese Lagen einzeln mit der Andruckrolle aufgewalzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren verlangt nur geringen Aufwand und ist sehr flexibel einsetzbar. Es kann insbesondere bei größeren Bauteilen unmittelbar vor Ort durchgeführt werden. Hinsichtlich der Laminatqualität und der mechanischen Eigenschaften des Bauteils werden Ergebnisse erzielt, die mit dem bekannten Verfahren, bei welchem ein Autoklav zum Einsatz kommt, vergleichbar sind.
Die Erfindung wird anhand konkreter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Fig. näher erläutert.
Es zeigen:
1 den Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung,
2 den Temperaturverlauf bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt den Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Darstellung ist stark schematisch, wobei die einzelnen Elemente nach Art einer Explosionsdarstellung mit Abstand zueinander dargestellt sind.
Bezugsziffer 1 ist das vollständig ausgehärtete, durch eine muldenförmige Vertiefung 10 beschädigte Bauteil 1 aus faserverstärktem Kunststoff. Bei dem Material des Bauteils 1 kann es sich z. B. um CFK, GFK oder um mit Kevlarfasern verstärkten Kunststoff handeln.
Die Mulde 10 im Bauteil 1 wird durch Faserverbundmaterial 12 in Form von einzelnen Prepreglagen aufgefüllt. Dabei wird jede einzelne Prepreglage einzeln aufgebracht und mit einer Andruckrolle 30 aufgewalzt (1 zeigt die Andruckrolle 30 beim Auswalzen der bereits aufgebrachten Prepreglagen während des Aushärtens wie unten beschrieben). Dies geschieht solange, bis die Mulde 10 gefüllt ist und die Oberfläche der Prepreglagen 12 sich bündig an die umgebende Oberfläche des Bauteils 1 anschließt. Um einen möglichst großflächigen Übergang zwischen dem Material des Bauteils 1 und den Prepreglagen 12 zu erzielen, kann das Bauteil an den Randbereichen der Mulde 10 geschäftet werden, z. B. kontinuierlich oder stufenförmig. Im Querschnitt ergibt sich somit ein allmählicher Übergang zwischen dem Material des Bauteils 1 und den aufgebrachten Prepreglagen 12.
Um eine Anbindung des Bauteils 1 an die Prepreglagen 12 zu erleichtern, kann dazwischen eine Kleberfolie 14 angebracht werden.
Nach dem Aufbringen der Prepreglagen 12 erfolgt der Vakuumaufbau. Dazu werden nacheinander ein Abreißgewebe 13 und eine Trennfolie 17 auf die Prepreglagen 12 aufgebracht. Sie dienen dazu, eine leichtere Trennung des Bauteils von den daran angrenzenden Elementen nach dem Aushärten zu ermöglichen. Darauf wird ein Vlies 15 oder ein Glasgewebe aufgebracht. Bei der Evakuierung des von der Vakuumfolie 18 umschlossenen Innenraums 40 hat dieses Vlies oder Gewebe die Funktion, die abzusaugende Luft zu leiten, um die vollständige Evakuierung zu erleichtern. Ein derartiges Absaugvlies oder -gewebe 15 wird vorteilhaft auch auf der nicht vom Laminat 12 bedeckten Oberfläche des Bauteils 1 im Innenraum 40 angeordnet.
Der Vakuumaufbau wird von einer luftdichten Vakuumfolie 18 vervollständigt, der den gesamten Bereich der aufgebrachten Prepreglagen 12 umschließt. Mittels Klebebändern 20 kann auf diese Weise der Zwischenraum 40 zwischen Bauteil 1/Prepreglagen 12 einerseits und der Vakuumfolie 18 andererseits luftdicht abgeschlossen werden.
Für die Aushärtung wird darüber hinaus eine Heizmatte 16 eingebracht. Diese wird – wie in 1 gezeigt – direkt unterhalb der Vakuumfolie 18 angeordnet. Die Heizmatte 16 überdeckt vorteilhaft die gesamte Oberfläche des Laminats 12.
Im Folgenden wird eine konkrete Prozessführung zur Reparatur eines beschädigten Kunststoffbauteils 1 beschrieben. 2 zeigt dazu das entsprechende Temperaturprofil.
Nach dem die Evakuierung des Innenraums 40 mit einer Vakuumpumpe vollzogen ist, erfolgt zunächst bei Raumtemperatur für ca. 30 Minuten ein Verdichten der Prepreglagen 12. Diese Phase erfolgt noch ohne die Heizmatte 16. Während dieser Phase werden mittels einer Andruckrolle 30 die Prepreglagen 12 ein oder mehrmals ausgewalzt, um diese zu verdichten und mögliche Lufteinschlüsse zu beseitigen. Das Auswalzen der Prepreglagen erfolgt dabei durch den Vakuumaufbau hindurch, d. h. die Andruckrolle läuft auf der Außenseite der Vakuumfolie 18.
In der nachfolgenden Phase der Aushärtung der Prepreglagen 12, nach dem die Heizmatte 16 nunmehr in den Aufbau wie in 1 dargestellt eingebracht und das Vakuum im Innenraum 40 wieder hergestellt worden ist, erfolgt mittels dieser Heizmatte 16 eine Temperaturerhöhung mit einer weitgehend vom Harzsystem vorgegebenen Steigung (typischerweise mit einer Rate von 0,5 bis 2°C pro Minute) auf eine erste Temperaturstufe, z. B. im Bereich von 70–90°C, im gezeigten Beispiel bei ca. 90°C. Diese Temperatur wird für ca. 30 Minuten gehalten. Wieder erfolgt während der Haltezeit ein oder mehrmals ein Auswalzen der Prepreglagen 12. Auf diesem Temperaturniveau schmilzt das Harz bereits und es ist deshalb mit der Andruckrolle gut bearbeitbar.
Danach erfolgt eine weitere Temperaturerhöhung (ebenfalls mit einer Rate von 0,5 bis 2°C pro Minute) auf die nächste Temperaturstufe bei ca. 125 Grad (typischerweise im Bereich von 110 bis 200°C), die für 2 Stunden gehalten wird. Bei dieser Temperatur ist eine Bearbeitung mit der Andruckrolle aufgrund der festen Konsistenz des Harzes nicht mehr möglich und es erfolgt somit kein weiteres Auswalzen.
Anschießend beginnt die Abkühlphase auf ca. 60 Grad mit einer Rate von z. B. 3°C pro Minute.
Falls es sich bei der Beschädigung des Faserverbundbauteils um einen vollständigen Durchbruch handelt, kann an der Unterseite des Bauteils ein Werkzeug angebracht werden, das den Boden für das Aufbringen der einzelnen Faserprepregs bildet. Der weitere Aufbau ist dann wie oben beschrieben, wobei jedoch in diesem Fall auf die unterhalb der Vakuumfolie angeordnete Heizmatten verzichtet werden kann, wenn das Werkzeug an der Unterseite des Bauteils beheizbar ausgeführt wird.

Claims

Verfahren zur Reparatur von faserverstärkten Kunststoffbauteilen (1), mit folgenden Verfahrensschritten: – Aufbringen von nicht ausgehärtetem Faserverbundmaterial (12) an der zu reparierenden Stelle des Kunststoffbauteils (1), – Anbringen eines Vakuumaufbaus (18) zur Aushärtung des Faserverbundmaterials (12), – Aushärtung des Faserverbundmaterials (12) unter Durchlaufen mehrerer Temperaturstufen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – das nicht ausgehärtete Faserverbundmaterial (12) liegt in Form von Faserprepreglagen vor, – die Aushärtung erfolgt durchgehend unter Vakuum und ohne Anwendung von Überdruck, – während der Aushärtung erfolgt auf mindestens einer Temperaturstufe ein Auswalzen der Prepreglagen (12) durch den Vakuumaufbau hindurch.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Aushärtung ein Auswalzen der Prepreglagen (12) unter Vakuum und durch den Vakuumaufbau hindurch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserprepreglagen (12) beim Anbringen an dem Kunststoffbauteil (1) einzeln aufgewalzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich während des Aushärtens Heizelemente (16) innerhalb des Vakuumaufbaus (18) befinden.