Die Einbeziehung eines zusätzlichen Epoxidharz-Klebefilms ist eine strukturelle Notwendigkeit, keine optionale Verbesserung. Bei der Herstellung von Hybridkomponenten reicht das natürlich im Carbonfaser-Prepreg vorhandene Harz nicht aus, um die komplexen Oberflächenhohlräume eines 3D-gedruckten Substrats zu füllen. Der zusätzliche Film liefert das erforderliche Materialvolumen, um die Lücke zwischen dem Substrat und dem Laminat zu überbrücken und eine tragfähige Verbindung zu gewährleisten.
Standard-Prepreg-Materialien sind für flaches Stapeln optimiert und verfügen nicht über das Harzvolumen, um texturierte Topologien aufzunehmen. Der Klebefilm löst dieses Problem, indem er als Füllstoff und Brücke fungiert und einen kontinuierlichen Spannungsübertragungspfad schafft, der die Zugfestigkeit des Endprodukts senkrecht zur Ebene erheblich erhöht.
Die Mechanik der Verbindung
Das Defizit bei Prepreg-Materialien
Carbonfaser-Prepreg wird mit einem präzisen Harz-Faser-Verhältnis entwickelt, das berechnet wurde, um die Fasern selbst zu benetzen und flache Schichten miteinander zu verbinden.
Dieses Volumen ist jedoch typischerweise unzureichend, wenn es auf die unebene Oberfläche eines 3D-gedruckten Teils trifft.
Substrate, die mit Polyamid 12 (PA12) gedruckt werden, weisen oft Säulen- oder Gittertopologien auf, die erhebliche Hohlräume erzeugen. Standard-Prepreg kann diese Hohlräume allein nicht füllen.
Vollständige Verkapselung erreichen
Die Hauptfunktion des zusätzlichen Epoxidfilms ist die eines Verstärkungsmaterials.
Während des Härtungsprozesses fließt dieser Film in die Oberflächenmerkmale des 3D-gedruckten Substrats.
Dadurch wird sichergestellt, dass Säulen, Gitter und Oberflächentexturen vollständig benetzt und verkapselt sind, wodurch Lufteinschlüsse vermieden werden, die die Struktur sonst schwächen würden.
Strukturelle Auswirkungen
Schaffung eines kontinuierlichen Spannungsübertragungspfades
Damit ein Hybridmaterial korrekt funktioniert, muss die Last reibungslos zwischen den verschiedenen Materialien übertragen werden.
Der Klebefilm schafft einen kontinuierlichen Spannungsübertragungspfad zwischen dem PA12-Substrat und dem kohlenstofffaserverstärkten Polymer (CFRP)-Laminat.
Ohne dieses kontinuierliche Medium würden sich Spannungskonzentrationen an der Grenzfläche aufbauen, was zu vorzeitiger Delamination führen würde.
Erhöhung der Zugfestigkeit
Die ultimative Kennzahl für diese Grenzfläche ist ihre Fähigkeit, dem Auseinandergezogenwerden zu widerstehen.
Durch die Gewährleistung eines vollständigen Kontakts und die Beseitigung von Hohlräumen erhöht der Klebefilm die Zugfestigkeit senkrecht zur Ebene erheblich.
Diese spezielle Art von Festigkeit ist entscheidend, um zu verhindern, dass sich die Verbundhaut unter Last vom 3D-gedruckten Kern ablöst.
Risiken des Weglassens verstehen
Die Folge von Hohlräumen
Wenn der Klebefilm weggelassen wird, ist die Grenzfläche ausschließlich auf das begrenzte Harz des Prepregs angewiesen.
Dies führt zu unvollständiger Benetzung und hinterlässt Hohlräume und Lücken zwischen dem Substrat und dem Laminat.
Diese Hohlräume wirken als Rissinitiierungsstellen und reduzieren die mechanische Leistung und Haltbarkeit der Komponente drastisch.
Materialkompatibilität
Es ist wichtig zu beachten, dass der Film als spezifische chemische Brücke zwischen zwei unterschiedlichen Materialien (PA12 und CFRP) fungiert.
Das Verlassen auf rein mechanische Verriegelung ohne die chemische Bindung, die durch das vollständig benetzte Klebemittel bereitgestellt wird, führt oft zu einer schwachen, unzuverlässigen Grenzfläche.
Erfolgreiche Fertigung sicherstellen
Die richtige Wahl für Ihr Ziel treffen
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf struktureller Haltbarkeit liegt: Sie müssen einen Klebefilm verwenden, der einen Harzüberschuss erzeugt und eine 100%ige Hohlraumbefüllung innerhalb der Topologie des Substrats gewährleistet.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf komplexer Gitterintegration liegt: Erkennen Sie an, dass Standard-Prepreg chemisch nicht in der Lage ist, tiefe Texturen zu benetzen, und verlassen Sie sich auf den Film, um die Verkapselung zu erleichtern.
Der zusätzliche Klebefilm ist die entscheidende Variable, die eine lose Ansammlung von Teilen in eine einheitliche, leistungsstarke Verbundstruktur verwandelt.
Zusammenfassungstabelle:
| Merkmal | Nur Carbonfaser-Prepreg | Mit zusätzlichem Epoxid-Klebefilm |
|---|---|---|
| Harzvolumen | Gering (Optimiert für Fasern) | Hoch (Überschuss für Hohlraumfüllung) |
| Oberflächenbenetzung | Schlecht auf texturierten Topologien | Vollständige Verkapselung von Gittern |
| Grenzflächenhohlräume | Erhebliches Risiko von Lufteinschlüssen | Null-Hohlraum-kontinuierliches Medium |
| Spannungsübertragung | Diskontinuierlich/Schwach | Kontinuierlicher Spannungsübertragungspfad |
| Zugfestigkeit | Geringer Widerstand senkrecht zur Ebene | Maximale Festigkeit senkrecht zur Ebene |
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Referenzen
- Hamed Abdoli, Simon Bickerton. Surface topology modification using 3D printing techniques to enhance the interfacial bonding strength between polymer substrates and prepreg carbon fibre-reinforced polymers. DOI: 10.1007/s00170-024-13217-3
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von Kintek Press Wissensdatenbank .
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