Modifizierte Epoxidharzformulierungen zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten kryogenen Wasserstoffspeichern im automatisierten Legeverfahren

Titelangaben

Hübner, Fabian:
Modifizierte Epoxidharzformulierungen zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten kryogenen Wasserstoffspeichern im automatisierten Legeverfahren.
Bayreuth , 2024 . - X, 149
( Dissertation, 2024 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00007699

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Abstract

Wasserstoff (H₂) bietet Möglichkeiten zur Dekarbonisierung des Transportsektors und insbesondere der Luftfahrt. Jedoch kann er, wegen seiner mangelnden volumetrischen Energiedichte, bei Normalbedingungen nicht in ausreichender Menge gespeichert werden. Einen möglichen technischen Ansatz für die Luftfahrt bietet hier das Konzept der Flüssigwasserstoff-Speicherung (LH₂). Tanks aus Aluminium sind technisch ausgereift und bieten ein hohes Maß an H₂-Dichtigkeit. Aktuelle Entwicklungen in der Luft- und Raumfahrt zielen auf eine Substitution des Metalls ab, um das Leichtbaupotential der Tanks durch die Verwendung von leichtem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) voll auszuschöpfen.
Neben den Kohlenstofffasern sind insbesondere die mechanischen und thermischen Eigenschaften, sowie die Verarbeitung des als Matrixmaterial verwendeten Epoxidharzes (EP) von zentraler Bedeutung. Die EP zeigten bei kryogenen Prüfbedingungen in Flüssigstickstoff (LN₂, -196 °C) eine starke Versprödung. Es wurde eine Methodik zur Zähigkeitsmodifikation in Abhängigkeit der Vernetzungsdichte untersucht und erfolgreich auf ein Prepreg-Basissystem übertragen. Deren Untersuchung und Optimierung für eine hochqualitative Verarbeitung zum FKV über das automated fiber placement (AFP) Verfahren mittels vorimprägnierter Tapes (Prepregs) ist zentraler Bestandteil in dieser Arbeit.

Abstract in weiterer Sprache

Hydrogen (H₂) offers opportunities for decarbonization of the transport sector and especially aviation. However, due to its low volumetric energy density, it cannot be stored in sufficient quantities under normal conditions. Here, the concept of storing hydrogen in its liquid phase LH₂ offers a possible technical approach for aviation. Aluminum based tanks are used in state of the art which offer a high level of H₂-tightness. Current developments in aerospace are aimed at replacing metal to fully exploit the lightweight construction potential of tanks using fiber reinforced plastics (FRP). In addition to the carbon fibers, the mechanical and thermal properties as well as the processing of the epoxy resin (EP) used as the thermosetting matrix material are of central importance for FRP. EPs show a strong embrittlement in liquid nitrogen (LN₂, -196 °C) testing environments. Thus, a methodology for toughness modification depending on the cross-linking density was investigated and successfully transferred to a prepreg base system. Their investigation and optimization for high-quality processing via the automated fiber placement (AFP) process using pre-impregnated tapes (prepregs) is a central part of this work.