Beim traditionellen Handlaminierverfahren für Kohlefaserverbundwerkstoffe kommt es zu ungleichmäßiger Infiltration und Luftblasenbildung, was zu einem erheblichen Festigkeitsverlust des Bauteils führt. Beim Vakuum-Bagging-Verfahren hingegen wird ein gleichmäßiger und konstanter Druck auf die Laminieroberfläche ausgeübt, wodurch ein stabiles und leichtes Verbundteil entsteht.

In diesem Handbuch werden die grundlegenden Konzepte, Prozessschritte, Vorteile und Anwendungsszenarien der Vakuumverpackung analysiert, um Ihnen bei der Verbesserung der Produktleistung zu helfen.

1. Was ist der Vakuumverpackungsprozess?

Es wird auch Vakuumbeutellaminieren genannt.

Bei diesem Verfahren wird Vakuum verwendet, um überschüssiges Harz zu entfernen und gleichmäßigen Druck auf das Material der Layups auszuüben, bevor das Verbundteil ausgehärtet und geformt wird. Die zwischen den Schichten eingeschlossene Luft wird entfernt, und die Layup-Fasern zwischen den Laminaten werden mittels Klebstoffaushärtung verbunden und ausgehärtet.

2. Warum sollten Sie sich für das Vakuumverpackungsverfahren entscheiden?

Niedrige Kosten: aber nahezu Autoklavqualität, geeignet für die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen.
Einfacher Prozess: Teile werden nach manueller Laminierung oder „Nasslaminierung“ vakuumverpackt
Verbesserte Leistung und Ästhetik: Überschüssiges Harz wird entfernt, um eine Gewichtsreduzierung zu erreichen und Porosität und Hohlräume zu vermeiden, wodurch die Oberflächenbeschaffenheit des Teils verbessert wird.

3. Produktionsschritte

(1) Vorarbeiten

Werkzeuge: Kohlefasertuch, Schere, Epoxidharz, elektronische Waage, Glasbecher, Bürste, Vakuumpumpe, Vakuumbeutelfolie, Abziehschicht, atmungsaktives Gewebe, Dichtungsmittel, Verbindungsrohr der Vakuumpumpe.

(2) Nass Korbleger

Sprühen von Formtrennmittel auf die Formoberfläche, wie beispielsweise Epoxidharz oder Vinylester-Gelcoat
Wiegen Sie das benötigte Epoxidharz mit einer elektronischen Waage ab und füllen Sie es zur späteren Verwendung in ein Glas
Schneiden Sie das Kohlefasergewebe auf die Formgröße und die erforderliche Lagenanzahl zu.
Tragen Sie zunächst eine Schicht Epoxidharzmatrix auf die Formoberfläche auf und legen Sie das Kohlefasergewebe langsam darauf. Tragen Sie eine weitere Schicht Epoxidharz auf und wiederholen Sie den Vorgang, bis das gesamte Kohlefasergewebe mit Epoxidharz getränkt ist. Legen Sie es anschließend im vorgegebenen Winkel auf die Form.

(3) Einbau von Hilfsstoffen

Die Abziehschicht wird auf das vorgeweichte und angefeuchtete Laminat gelegt.
Anschließend den atmungsaktiven Filz verlegen
Vakuumbeutelmembran: Legen Sie das gesamte Laminat in einen Vakuumbeutel und tragen Sie Dichtmittel an den Außenkanten auf
Deflektorschlauch: verbindet die Vakuumbeutelmembran mit der Pumpe, um den Harzfluss zu fördern.

(4) Absaugen und Aushärten

Schließen Sie die Vakuumpumpe an und schalten Sie sie ein. Pumpen Sie mit dem Vakuumregler das Vakuum auf -0,8 bis -0,95 bar Unterdruck.
Lassen Sie es länger als 6 Stunden aushärten und schalten Sie die Vakuumpumpe aus.

(5) Entformung und Nachbearbeitung

Das Verbundlaminat ist vollständig ausgehärtet, dann muss die Vakuumfolie entfernt und das Formteil hergestellt werden.
Kantengrate entfernen, schleifen, polieren und mit Farbe oder Epoxidharz besprühen

4. Vorteile

Anpassbar: Das Vakuumverpackungsverfahren ist äußerst anpassungsfähig und eignet sich für Teile unterschiedlicher Größe, Form und komplexer Geometrie. Modifikation erforderlich
Energiesparend und hocheffizient: Die erforderlichen Gerätekosten betragen nur 20%-30% für die Autoklavhärtung und erfordern keinen hohen Temperaturenergieverbrauch, geeignet für die Produktion kleiner und mittlerer Chargen
Flexibles Design: Geeignet für eine Vielzahl komplexer gekrümmter Oberflächenstrukturen, die in einer Vielzahl von Branchen angewendet werden
Sowohl Qualität als auch Umweltschutz: Durch das Vakuumverpacken kann das überschüssige Epoxidharz eingespart werden, sodass das Verhältnis von Harz und Kohlefaser optimal erreicht wird und das Teil leichter wird, Luftblasen reduziert werden und die Oberflächenglätte der Teile verbessert wird.

5. Die Anwendung von Vakuumverpackungen

(1) Luft- und Raumfahrt

Fall: Drohnenflügel und -paddel, kleine Satellitenhalterungen.
Merkmale: Überlegene Harz- und Faserverhältnisse führen zu leichten Teilen (Gewichtsreduzierung von ca. 25-35%) und hochpräziser Oberflächenformung.

(2) Automobilbau

Gehäuse: Karosserie, Türinnenverkleidungen, Kotflügel usw. aus Kohlefaser.
Merkmale: Schnelle und flexible, anpassbare, kostengünstige Fertigung, anpassbar an Kleinserien. Weniger Oberflächenblasen verbessern die Oberflächenglätte der Teile.

(3) Outdoor-Sportausrüstung

Fall: Fahrradrahmen, Kajakpaddel.
Eigenschaften: Eine hohe Faserinfiltration verbessert die Schlagfestigkeit und Scherfestigkeit.

(4) Industrielle Ausrüstung

Fall: Roboterarm und Greifer.
Merkmale: Die reduzierte Porosität stellt sicher, dass die Fasern vollständig mit Harz imprägniert sind, was die spezifische Steifigkeit und Ermüdungsbeständigkeit verbessert und die Lebensdauer verlängert.

6. Herausforderungen und Lösungen des Vakuumverpackungsprozesses

Herausforderung 1: Luftlecks oder beschädigte Beutel führen zu unzureichendem Druck, was letztendlich die Aushärtung der laminierten Teile beeinträchtigt

Lösung: Verwenden Sie stark haftende Dichtungsstreifen und überprüfen Sie die Vakuumbeutelfolie regelmäßig, um Fehler zu vermeiden.

Herausforderung 2: Schwierigkeiten bei der Kontrolle von Druck und Temperatur können dazu führen, dass die Aushärtung laminierter Teile nicht dicht ist und es zu Delamination und Graten kommt.

Lösung: Verwenden Sie professionelle Druck- (Vakuumregler) und Temperaturmessgeräte, um die Parameter genau zu ermitteln.

Herausforderung 3: Schwierigkeiten beim Entformen

Lösung: Sprühen Sie mehrmals ein hochwirksames Formtrennmittel

Herausforderung 4: Kantengrat

Lösung: Behalten Sie bearbeitbare Ränder für laminierte Teile, CNC-Finishing, Schleifen und Polieren nach dem Aushärten bei.

7. Fazit

Ganz gleich, ob Sie Designer kleiner und kleinster Unternehmen oder ein Startup im Bereich der Herstellung von Kohlefaserverbundteilen sind: Durch die Beherrschung dieser Technologie können Sie die Produktleistung schnell verbessern, ein geringeres Gewicht erreichen und Ihren Markt erweitern.

Häufig gestellte Fragen

F: Kann das Vakuumbeutelverfahren zur Hochtemperaturhärtung verwendet werden?

A: Ja, es sollten hochtemperaturbeständige Vakuumbeutelfolien (z. B. Silikonfolien mit einer Temperaturbeständigkeit von über 200 °C) ausgewählt werden.

F: Wie lange dauert es, bis die Verbundkomponenten ausgehärtet sind?

A: Die Aushärtezeit beträgt bei Raumtemperatur ca. 24 Stunden. Durch Erhitzen auf 80 °C kann sie auf 4–8 Stunden verkürzt werden.

F: Wie hoch ist der PSI-Wert für das Vakuumverpacken?

A: PSI (Pfund pro Quadratzoll) ist der Schlüsselparameter zum Messen der Stärke des Vakuumdrucks, der zwischen -12 und -14 PSI liegen muss.

F: Ist Vakuumverpackung dasselbe wie Nasslaminieren?

A: Nein! Obwohl beide Verfahren oft kombiniert eingesetzt werden, handelt es sich beim Vakuum-Bagging-Verfahren um eine verbesserte Version des Nasslaminierens. Der Hauptunterschied besteht darin, ob Vakuum-Unterdruck zur Unterstützung eingesetzt wird oder nicht.

Der Leitfaden zum Vakuumieren