Die Qualität von gewebtem Kohlefasergewebe/Polycarbonat-Thermoplastverbundwerkstoffen nach dem Thermoformen und Entformen war Gegenstand umfangreicher Forschung, insbesondere für Anwendungen in Branchen, die SMC-Formen und Verbundwerkstoff-Formung verwenden. Diese Verbundwerkstoffe sind in Sektoren, die Kompressionsformen und Kohlefaserformen nutzen, von entscheidender Bedeutung.

Diese Studie untersucht die Auswirkungen von Thermoformparametern mithilfe einer Kombination aus Finite-Elemente-Simulation und dem Taguchi-Orthogonalarray. Das Simulationsmodell verwendete einen diskreten Ansatz mit einem mikromechanischen Modell, um das Deformationsverhalten des gewebten Kohlefasergewebes zu beschreiben, ähnlich wie bei Thermoformwerkzeugen und Kompressionstools. Parallel dazu wurde ein Harzmodell integriert, um genaue Simulationen zu gewährleisten. Dieser Ansatz wurde durch Bias-Extension-Tests bei fünf verschiedenen Temperaturen validiert und lieferte wesentliche Daten über das Materialverhalten während des Thermoformprozesses, ähnlich wie bei Prozessen mit BMC-Formen und Pressformen.

Wichtige Thermoformparameter

Die Studie konzentrierte sich auf drei wichtige Thermoformparameter, die jeweils drei Stufen hatten, ähnlich wie bei Kompressionsformprozessen:

• Blatttemperatur: Beeinflusst die Flexibilität des Materials und seine Fähigkeit, sich an Formformen anzupassen, was entscheidend für SMC-Werkzeuge und BMC-Formprozesse ist.
• Formtemperatur: Beeinflusst die endgültige Formgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit des Verbundwerkstoffs und hat oft Auswirkungen auf Thermoformwerkzeuge und SymaLITE-Formen.
• Blatt-Haltekraft: Spielt eine entscheidende Rolle beim Fixieren des Materials und sorgt für eine gleichmäßige Formgebung, was besonders wichtig für Verbundformen wie SMC-Formen und Kohlefaserformen ist.

Das Ziel war es, vier wichtige Qualitätsfaktoren zu optimieren: Fasereinschlusswinkel, Rückfederungswinkel, Formgenauigkeit und Verformung des U-förmigen Werkstücks, ähnlich wie bei Thermoset-Formen und LFT-Formprozessen. Durch die Anpassung der Thermoformparameter zielte die Studie darauf ab, die beste Kombination dieser Faktoren über verschiedene Verbundwerkzeugmethoden hinweg zu erreichen.

Ergebnisse und Analyse

Die Finite-Elemente-Simulation zeigte, dass die Spannungs-Verschiebungskurve, die aus den Bias-Extension-Tests erhalten wurde, eng mit den simulierten Ergebnissen übereinstimmte. Dies bestätigte die Zuverlässigkeit der in dieser Studie verwendeten diskreten Finite-Elemente-Methode, die Parallelen zu den Validierungsprozessen für SMC-Formprozesse und Presswerkzeuge aufweist.

Darüber hinaus identifizierte die Taguchi-Orthogonalarray-Analyse die Blatt-Haltekraft als den dominierenden Prozessparameter, ähnlich wie bei Kompressionsformen und BMC-Werkzeugen. Der optimale Wert für die Blatt-Haltekraft wurde mit 1,18 kPa ermittelt, was sie zum wichtigsten Faktor im Thermoformprozess macht. Die Blatttemperatur war der zweitwichtigste Faktor, mit einem optimalen Bereich von 160°C bis 230°C. Interessanterweise hatte die Formtemperatur einen relativ geringen Einfluss auf die endgültige Qualität des Verbundwerkstoffs, ähnlich wie das Verhalten, das bei GMT-Formen und D-LFT-Formen beobachtet wurde.

Optimale Thermoformeinstellungen

Die Studie empfahl die folgenden optimalen Einstellungen für das Thermoformen von gewebtem Kohlefasergewebe/Polycarbonat-Thermoplastverbundwerkstoffen:

• Blatt-Haltekraft: 1,18 kPa (entscheidend für Kompressionsformen und SMC-Formen)
• Blatttemperatur: 230°C (relevant für Thermoformwerkzeuge und heiße Kompressionsformen)
• Formtemperatur: 190°C (nützlich für Verbundformprozesse und Kohlefaserformen)

Diese Einstellungen führten zu den günstigsten Ergebnissen für alle vier Qualitätsfaktoren, was zeigt, dass die sorgfältige Kontrolle von Blatt-Haltekraft und Temperatur entscheidend für die Herstellung hochwertiger Verbundformen und Thermoformformen ist.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend liefern die Ergebnisse dieser Studie wertvolle Einblicke in die Auswirkungen von Thermoformparametern auf gewebte Kohlefasergewebe/Polycarbonat-Thermoplastverbundwerkstoffe. Die Studie kam zu dem Schluss, dass die Blatt-Haltekraft und die Blatttemperatur die beiden wichtigsten Faktoren sind, wobei die Formtemperatur eine sekundäre Rolle spielt. Diese Erkenntnisse sind für diejenigen, die mit Verbundwerkzeugen, Thermoformwerkzeugen und Kompressionsformen arbeiten, von entscheidender Bedeutung und bieten einen klaren Weg zur Herstellung hochwertiger Verbundwerkstoffe mit wünschenswerten Rückfederungswinkeln, Fasereinschlusswinkeln und Formgenauigkeit.

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