Das Wort steht für einen Zustand und für den Arbeitsschritt dorthin: Ein Laminat ist konsolidiert, wenn seine Lagen ohne Lufteinschlüsse aneinanderliegen und die Matrix die Fasern vollständig umschließt. Wie das gelingt, hängt vom Werkstoff ab, und so trägt der Begriff je nach Verfahren eine etwas andere Bedeutung.

Bei thermoplastischen Faserverbunden ist die Konsolidierung der zentrale Prozessschritt: Die Lagen werden auf Verarbeitungstemperatur erwärmt, bei teilkristallinen Matrizes über die Schmelztemperatur, bei amorphen wie PEI deutlich über die Glasübergangstemperatur, und unter Druck verbunden, im Presswerkzeug oder beim Tape-Legen in situ, also direkt beim Ablegen. Druck, Temperatur und Haltezeit beeinflussen nach Grouve und Akkerman die Güte; die hohe Schmelzviskosität der Thermoplaste, in ihrer Studie bei PPS 200 bis 600 Pa·s bei Verarbeitungstemperatur, erschwert die Tränkung.

Bei duroplastischen Prepregs geschieht die Konsolidierung während der Härtung: Im Autoklav pressen Vakuum und Überdruck den Aufbau zusammen. Das Datenblatt von HexPly 8552 etwa nennt für monolithische Bauteile 7 bar Überdruck zusätzlich zum Vakuum, für Wabensandwich 3,2 bar. In der Pultrusion fallen Konsolidierung und Aushärtung im beheizten Werkzeug zusammen, und im Handlaminat meint das Wort meist das Verdichten und Entlüften mit der Rolle.

Im Detail

  • Konsolidierung oder Debulking?Beim Prepreg-Aufbau wird oft schon während des Legens mehrfach unter Vakuum vorverdichtet, damit zwischen den Lagen keine Luft eingeschlossen bleibt. Dieses Zwischenverdichten heißt Debulking; die eigentliche Konsolidierung folgt erst im Härtezyklus. Ohne Autoklav ist das Debulking besonders wichtig, weil im Härtezyklus kein Überdruck eingeschlossene Luft noch zusammenpresst.
  • Wie viel Druck zur Verfügung stehtDie Spanne ist groß: Ein Vakuumsack presst mit höchstens rund 1 bar, ein Autoklav typisch mit 3 bis 7 bar. Mehr Druck verdichtet stärker, ersetzt aber keine sorgfältige Entlüftung beim Aufbau.
  • Woran schlechte Konsolidierung zu erkennen istTypische Folgen sind Poren und Lufteinschlüsse zwischen den Lagen, trockene Stellen und ein zu geringer Faservolumengehalt. Sie schwächen vor allem den Verbund zwischen den Lagen. Nachweisen lassen sie sich zerstörungsfrei mit Ultraschall oder zerstörend im Schliffbild einer herausgetrennten Probe.

Mehr dazu: Leitartikel: Thermoplastische Composites · Leitartikel: Prepreg und Autoklav im Detail · Prepreg und Out-of-Autoclave: Hochleistung ohne riesigen Autoklav