Prepreg

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Prepreg ist die englische Kurzform für preimpregnated fibres (amerikanisch: preimpregnated fibers), zu deutsch: „vorimprägnierte Fasern“. Prepreg bezeichnet ein Halbzeug, bestehend aus Lang- oder Endlosfasern und einer vorgetrockneten bzw. vorgehärteten, jedoch noch nicht polymerisierten duroplastischen Kunststoffmatrix, das v. a. im Leichtbau Verwendung findet. Die enthaltenen Fasern können als reine unidirektionale Schicht, als Gewebe oder Gelege vorliegen. Prepreg wird beispielsweise bahnförmig, auf Rollen gewickelt, geliefert. Unter den Begriff Prepreg fallen nicht nur unidirektional verstärkte oder flächige Halbzeuge, sondern auch sonstige Vorformlinge von prinzipiell beliebiger Gestalt, die im weitesten Sinne aus einer mit Fasern gefüllten, ungehärteten duroplastischem Matrix bestehen. Die Matrix befindet sich dabei im teilvernetzten, sog. B-Zustand und ist pastös bis fest, kann aber durch Erwärmung wieder verflüssigt werden.

Prepregs sind maschinell verarbeitbar und werden daher hauptsächlich in automatisierten Prozessen eingesetzt. Sie ergeben eine gleichmäßige und hohe Qualität. Vorteile sind ihre niedrige Ondulation und der hohe Faservolumenanteil. Durch die Aushärtung unter hohen Temperaturen sind kurze Taktzeiten möglich. Die Verarbeitung erfordert einen hohen Investitonsaufwand z. B. für Autoklaven, Legeroboter, gekühlte Lagerhaltung.

Prepregs dürfen nicht mit duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeugen wie BMC (Bulk Molding Compound) oder SMC (Sheet Molding Compound) verwechselt werden, welche nicht Endlosfasergewebe sondern kürzere Faserschnipsel, in der Regel < 50 mm, als Faseranteil enthalten. In der wörtlichen Übersetzung des Wortes Prepreg umfasst es sämtliche duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeuge. Im deutschsprachigen Raum wird Prepreg überwiegend für ein endlosfaserverstärktes duroplastisches Halbzeug verwendet.

Anwendungsgebiete[Bearbeiten]

Fasertypen[Bearbeiten]

Als Fasertypen kommen alle gängigen Verstärkungsfasern in Frage. In der Praxis werden aber hauptsächlich

zu Prepreg verarbeitet.

Matrix[Bearbeiten]

Man unterscheidet die Matrixsysteme nach ihrer Aushärtetemperatur und dem Harztyp. Die Aushärtetemperatur beeinflusst im hohen Maß die Glasübergangstemperatur und damit die Einsatztemperatur. Bei Militärflugzeugen werden hauptsächlich 180 °C-Systeme verwendet.

Zusammensetzung[Bearbeiten]

Die Prepreg-Matrix besteht aus einer Mischung von Harz und Härter, in manchen Fällen noch ein Beschleuniger. Durch Tiefkühlen bei −20 °C wird verhindert, dass das Harz mit dem Härter reagiert. Wird die Kühlkette unterbrochen, startet die Reaktion und das Prepreg wird unbrauchbar. Es gibt jedoch auch Hochtemperatur-Prepregs, welche eine gewisse Zeit bei Raumtemperatur gelagert werden können. Diese Prepregs können dann allerdings nur in einem Autoklaven unter erhöhter Temperatur ausgehärtet werden.

Durch spezielle Reifeverfahren und Zuschlagstoffe wird die gewünschte Klebrigkeit (tack) eingestellt. Dadurch ist es möglich, Prepreg auch auf konvexe Formen zu schichten.

Harztypen[Bearbeiten]

Es werden überwiegend Harze auf Epoxidharzbasis verwendet. Prepregs auf Vinylesterbasis sind ebenfalls erhältlich. Da Vinylesterharze mit Aminbeschleuniger oder Kobalt vorbeschleunigt werden müssen, ist ihre Verarbeitungszeit bei Raumtemperatur kürzer als bei Prepregs auf Epoxidharzbasis. Als Katalysator (auch Härter genannt) kommen Peroxide wie Methylethylketonperoxid (MEKP), Acetylacetonperoxid (AAP) oder Cyclohexanonperoxid (CHP) zum Einsatz. Vinylesterharz wird bei hoher Schlagbeanspruchung eingesetzt.

Verarbeitung[Bearbeiten]

Prepregs werden unter erhöhter Temperatur ausgehärtet. Sie können mit der Heißpresstechnik oder der Autoklavtechnik verarbeitet werden. Bei beiden Techniken erhöht sich durch den Druck der Faservolumenanteil.

Mit der Autoklavtechnik sind die besten Qualitäten herstellbar. Durch Kombination von Druck und Unterdruck entstehen Bauteile mit sehr geringen Lufteinschlüssen.

Der Aushärtung kann ein Temperprozess folgen, der der vollständigen Vernetzung dient.