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In processing fibre-reinforced composites, the curing reaction can be significantly retarded if the temperature and reaction time are not optimally set. In such situations, complete curing is sometimes impossible under practically relevant conditions. It is difficult for processors to recognize or detect incomplete curing. The equilibrium glass transition temperature plays an important role in complete curing in the production process.
Vernetzen statt Verglasen
(2000)
Zusammenfassung
In diesem Beitrag wird zunächst die für die on-line Prozesskontrolle an duroplastischen Formmassen entwickelte Ultraschallmesstechnik vorgestellt. Die Methode basiert auf der Durchschallung des vernetzenden Materials mit Hilfe von in das Werkzeug integrierten druck- und temperaturfesten 4 MHz-Ultraschallsensoren. Die Auswertung von Schalllaufzeit und Signalamplitude erfolgt vollautomatisch und dient der Berechnung von Schallgeschwindigkeit und -dämpfung. Beide Größen repräsentieren die änderung der mechanischen Eigenschaften infolge der Vernetzungsreaktion. Durch Anwendung auf vulkanisierende Materialien sollte die Anwendbarkeit der bewährten Methode erweitert werden. Im Ergebnis wird gezeigt, dass die Größe des Messeffekts von der Menge an Vernetzer (Schwefelkonzentration) abhängt. Bei ausreichend hohem Vernetzungsgrad zeigt die Ultraschallgeschwindigkeit signifikante, gut auswertbare Resultate, die den Ablauf der Vulkanisation on-line zu verfolgen gestatten. Ein Vergleich mit Vulkameterkurven zeigt große ähnlichkeiten und berechtigt zu der Hoffnung, dass die Methode industriellen Einsatz finden kann.
Ultrasound on-line NDT methods have been demonstrated as a useful tool for monitoring the curing reaction of thermosets. In order to achieve this ultrasound sensors are incorporated into compression, injection and RTM (resin transfer) mould. For many commercial products imprints or any surface markings upon the moulded product are undesirable. Due to its physical properties ultrasound has a large advantage over other techniques for similar applications. The sound wave can pass through the wall of the mould and direct contact with the moulded part is not required. In this particular case one fundamental problem is a good coupling of the sensors to the mould wall. Several mediums came into question but because of the high technical (e. g. temperature and long time stability) and practical demands, it was decided that dry (non-fluid) coupling would be the most promising candidate. A handful of coupling foils suitable also at high temperatures and for long time application under industrial conditions were tested and are presented in this paper.
Ultrasound waves penetrate solid objects without damaging them. Their fields of application range from the imaging of internal organs in medicine, to interior testing of mechanical and chemical engineering components. However, ultrasonic systems can also be used to visualise the way the mechanical properties of reactive resins change during processing in the mould.
The curing conditions play an important role in the quality assurance of composite products.
Especially as composite materials are widely used in high tech areas so that they are required to fulfil high quality Standards. Some problems which occur during curing, for instance undercuring, can hardly be detected using Standard NDT investigations, mainly because they are manifested only at high temperatures, particularly close to glass-rubber-transition. On-line eure monitoring has the outstanding advantage that it can monitor the material parameters even at the highest temperatures possible.
In recent years eure monitoring with ultrasonic methods has become more populär. In comparison to dielectric methods mechanical parameters are measured directly. The quantities to be measured are the velocity and the attenuation of the sound wave. On this basis the storage and loss modulus can be calculated. Depending on the form of excitation with longitudinal or transversal waves these moduli are referred to as long wave or shear modulus.
Well developed Computer based technology and sensor materials are available in the non-destructive testing (NDT) market. The measuring equipment employed a commercial NDT System, which worked computer-aided. With a special Software the demands of automatic Operation under industrial conditions was accomplished. This measurement equipment was tested on composites. Its structure, performance and some practical results will be presented in the following paper.
Ultraschallwellen durchdringen Festkörper, ohne sie zu schädigen. Der Einsatzbereich von Ultraschall reicht von der Darstellung der inneren Organe in
der Medizin bis zur Prüfung des Inneren von Bauteilen im Maschinen- und
Anlagenbau. Ultraschall-Systeme können jedoch auch genutzt werden, um
sichtbar zu machen, wie sich mechanische Eigenschaften von Reaktionsharzen
während ihrer Verarbeitung im Werkzeug verändern.
Zusammenfassung
Der Ausgangspunkt für diese Arbeiten ist eine in [1] beschriebene Ultraschall-(US)-Sensorik zur Aushärtungskontrolle. Sie wurde für rieselfähige Formmassen entwickelt [2,3]. Darauf aufbauend ist es das Ziel der vorliegenden Arbeit, die Voraussetzungen für den Einsatz dieser Sensorik beim Harzinjektionsverfahren zu schaffen und ihre Kalibrierung durch rheologische und DSC-Messungen zu ermöglichen.
Der erste Teil des Beitrages beschäftigt sich mit dem technologischen Ablauf des Harzinjektionsverfahren und den Einsatzmöglichkeiten der US-Sensorik bei dieser Technologie. Ergebnisse von Schallgeschwindigkeits- und Dämpfungsmessungen für EP-Harze werden vorgestellt.
Im zweiten Teil wird auf das Kalibrieren der US-Sensorik für den Verarbeiter eingegangen. Es kann mittels der bisherigen Prozessführung oder durch Vergleich mit den Ergebnissen anderer Mess-Verfahren wie Rheometer- oder Differential-Scanning-Calerometry-(DSC)-Messungen erfolgen.
Grundlagen zur Charakterisierung von Harzsystemen und deren Verarbeitungsprozessen mit Ultraschall
(2005)
Einfluss hoher Temperaturen und Drücke auf die Ultraschalleigenschaften eines Komposit-Prüfkopfes
(2004)
Making Cure Visible
(2005)
Charakterisierung der Wandler für Luftultraschallprüfung aus zellulärem Polypropylen-Ferroelektret
(2011)
In den letzten Jahren stieg die Anfrage für zerstörungsfreie Prüfung (ZIP) mit Luftultraschall deutlich. Die klassische ZfP mit Ultraschall nutzt Flüssigkeiten als Koppelmittel zwischen dem Wandler und dem Prüfkörper. Für die Prüfung von Gegenständen mit empfindlicher Oberfläche, die das Koppelmittel beschädigen oder verunreinigen kann, ist deswegen Luftultraschall besser geeignet. Eine mögliche Anwendung ist beispielsweise der Nachweis von Delaminationen in glas- und kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen sowie Sandwichbauteilen, die in der Luftfahrt- und der Automobilindustrie eingesetzt werden.
Air-coupled ferroelectret ultrasonic transducers applied to testing of fiber-reinforced polymers
(2013)
An Methoden zur luftgekoppelten Ultraschallprüfung wird seit einigen Jahren mit großer Intensität gearbeitet. Probleme bei der praktischen Realisierung entstehen vor allem durch die großen Unterschiede in der akustischen Impedanz von Wandlermaterial und Luft. Sie führen zu erheblichen Signaldämpfungen. Durch die Verwendung von Kunststoff-Folien z.B. aus porösem Polypropylen kann dieser Unterschied stark reduziert werden.
Im Beitrag werden die akustischen Eigenschaften dieser Folien untersucht und im Hinblick auf ihre Eignung für die Luftultraschall-Technik analysiert.
Das Fließ-Härtungs-Verhalten von Duroplastformmassen wird gegenwärtig nur
unvollständig durch empirische Größen beschrieben. Diese ungenauen und
unsicheren Angaben können zu Schwierigkeiten bei der optimalen Einstellung
der Fertigungsmaschinen des Verarbeiters führen. Insbesondere Veränderungen
der Formmasseeigenschaften während des Transportes und der Lagerung stören
die Produktion. Das vorgestellte Messverfahren mit Ultraschall-sensoren ermöglicht
die schnelle und vollständige Erfassung des Fließ-Härtungs-Verhaltens, auch
während des technologischen Prozesses. Experimentelle Ergebnisse zu
Alterungs-erscheinungen dieser Formmassen illustrieren den Nutzen des
Verfahrens für Formmasse-produzenten und -verarbeiter.
Im Labor für Ultraschallverfahren der BAM wurde ein Gerätesystem zum Betrieb von
linearen Strahlergruppen entwickelt, aufgebaut und erprobt. Es besteht aus einer
Geräteeinheit mit 64 Sende- und 64 Empfangskanälen, einem Steuerrechner mit
integriertem Transientenrekorder und wurde mit einem Linienarray mit 32 Elementen
und einer Frequenz von 17 MHz erprobt. Das Schallbündel einer Gruppe von 8 Elementen
kann per elektronischem Versatz über den Gesamtschwinger bewegt und
dabei gleichzeitig geschwenkt und fokussiert werden. Dabei konnten Wanddicke'n
von 0,5 mm sowie eine Anordnung von Flachbodenbohrungen mit 0,7 mm Durchmesser
mit großer Genauigkeit nachgewiesen werden. Mögliche Anwendungen sind
die Prüfung von Punktschweißverbindungen, die Korrosionsprüfung, die Prüfung von
Flugzeugkomponenten, die Schweißnahtprüfung.
Die Ultraschallmikroskopie von kleinen Bauteilen mit fokussierenden Prüfköpfen
ist seit Jahren gängige Praxis. Leider Ist sie für den Einsatz in der On-Line-
Qualitätskontrolle zu zeitaufwändig. Deshalb wurde an der Bundesanstalt für
Materialforschung und -prüfung (BAM) auf der Basis von Polyvinyliden-Fluorid
(PVDF) wurde eine fokussierende Wandlerzeile entwickelt Sie ist Teil eines Prüfgerätes,
das durch die Verbindung von mechanischer und elektronischer Steuerung
des Ultraschallfeldes hohe Abtastgeschwindigkeiten erreicht. Dadurch, können
die Prüfzeiten so stark reduziert werden, dass eine On-line-Nutzung möglich
wird.
Das Ultraschallfeld der Wandlerzeile wurde dreidimensional ausgemessen und
das Ergebnis mit einem numerischen Modell /1/ verglichen. Die Übereinstimmung
zwischen berechnetem und gemessenem Schallfeld war sehr gut. Eine
Optimierung der elektronischen Ansteuerung führte darüberhinaus zu einer
erheblichen Reduzierung der störenden Nebenmaxima. Die Mittenfrequenz der
Prüfimpulse liegt über 15 MHz und der Fokus des Prüfkopfes beträgt weniger als
0,5 mm im Durchmesser.
Mit dieser Wandlerzeile und der entsprechenden elektronischen Steuerung
wurde eine Aluminium-Schweißnaht untersucht, die vorher mit einem konventionellen
fokussierenden Prüfkopf abgetastet worden war. Beide Prüfergebnisse
zeigen die gleiche Strukturauflösung, so dass der Zeitgewinn uneingeschränkt
als Vorteil für die Wandlerzeile zu Buche schlägt.