Bohren ist eine der häufigsten sekundären Verarbeitungsmethoden für Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe und wird hauptsächlich zum Nieten oder Befestigen von Strukturteilen verwendet.
Kohlefaserplatten sind relativ spröde und neigen bei der Verarbeitung zu Delaminationsproblemen.
Kohlefaserplatten zählen aufgrund ihrer Anisotropie und Ungleichmäßigkeit, der geringen Bindungsstärke zwischen den Schichten und der starken Temperaturbeeinflussung zu den typischerweise schwer zu verarbeitenden Materialien, weshalb beim Bohren und Bohren von Löchern sehr leicht Defekte wie Delamination, Grate und Risse auftreten können.
Es gibt zwei Hauptgründe, warum sich beim Bohren von Kohlefaserplatten die Schichten lösen können:
Zum einen ist es die Axialkraft und zum anderen die beim Schneidvorgang entstehende Wärme.
Der Hauptgrund hierfür ist die axiale Kraft. Wenn die axiale Kraft beim Bohren auf die Kohlefaserplatte einwirkt und die Festigkeit größer ist als die Festigkeit des Harzes auf der Kohlefaserplatte, bricht das Harz und es kommt zu Delaminationen.
Eine weitere Ursache für das Delaminationsphänomen liegt in der steigenden Temperatur des Werkzeugs und der Kontaktfläche. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kohlefaser und Harz sind unterschiedlich, sodass es bei gleichzeitiger Einwirkung thermischer Einflüsse zu Delamination kommt.
Abgesehen davon, dass es durch eine fehlerhafte Durchführung des Bohrvorgangs zu einer Delamination der Kohlenstofffaserplatte kommen kann, besteht auch bei der Herstellung von Kohlenstofffaserplatten die Gefahr einer Delamination.
Kohlefaserplatten werden aus Kohlefaser-Prepregs hergestellt, die sorgfältig zugeschnitten und gestapelt werden und dann in die Back- und Aushärtungsphase gelangen.
Nachdem das Kohlefaser-Prepreg in der Form erhitzt und unter Druck gesetzt wurde, wird die Heißpressform geschlossen, wodurch das Kohlefaser-Laminatmaterial unter dem heißen Druck allmählich aushärtet.
Wenn der Druck bei diesem Vorgang jedoch nicht ausreicht, kann es bei der hergestellten Kohlefaserplatte leicht zu Delaminationen kommen.
Sobald sich die Carbonfaserplatte einmal delaminiert hat, ist sie Ausschuss und kann nicht mehr repariert werden. Daher muss bei der Herstellung und Verarbeitung eine umfassende Vorgehensweise berücksichtigt werden.
Die Axialkraft ist ein wichtiger Faktor, der die Qualität der Kohlefaserplatte beim sekundären Bohrprozess beeinflusst, und sie ist auch die Hauptursache für Delaminationsdefekte und Öffnungsspaltungen der Kohlefaserplatte.
Beim Bohrvorgang ist die Delaminations- und Rissgefahr und damit auch die Ausfallgefahr umso größer, je größer die Axialkraft ist.