Effiziente Prozesskette zum Verarbeiten naturfaserverstärkter Thermoplaste

Effiziente Prozesskette zum Verarbeiten naturfaserverstärkter Thermoplaste

Prozesskette Vorher-Nachher (Quelle: Institut für Verbundwerkstoffe GmbH / Carbon Composites)

Semi-strukturelle Bauteile für Automobile aus NFK in einer optimierten Prozesskette schneller herzustellen, ist das Ziel eine Forschungsprojektes am Institut für Verbundwerkstoffe in Kaiserslautern. Der neue Ansatz spart die Kontaktheizpresse ein und reduziert die Zykluszeiten.

Werkstoffliche Basis der NFK-Bauteile sind meist Hybridvliese, die je zur Hälfte aus Natur- und Thermoplast-Schmelzfasern bestehen. Als Thermoplast wird aus Kostengründen meist Polypropylen (PP) eingesetzt. Diese Vliese werden in einer Kontaktheizpresse zu Hybridvliesen verarbeitet – bei etwa 10 bar und Temperaturen bis 220°C.

Die Naturfasern werden dabei mit der Kunststoffmatrix imprägniert. Die NF-Halbzeuge, die jetzt etwa 20% dicker sind als das spätere Bauteil, werden mit Umformtemperatur in eine weitere Presse transportiert und dort zum Bauteil geformt. Das Verarbeiten der NF-Halbzeuge in zwei bzw. drei (Kaschieren) Einzelschritten benötigt viel Platz und Energie. Für die Anlage ist ein hoher Investitionsaufwand nötig.

IR-Strahler ersetzt Kontaktheizpresse

Im Forschungsprojekt „InfraHeat“ wird untersucht, inwieweit das Modifizieren der naturfaserverstärkten Thermoplasten die Verarbeitung effizienter machen könnte.

Zunächst werden die PP-Spinnfasern durch ein Matrixsystem ersetzt (Acrodur Power 2750 X; BASF), das im Laufe der Vliesherstellung vorvernetzt wird.

In einem weiteren Schritt entwickeln die Forscher IR-Absorber. So kann die polymere Matrix der Prepregs selektiv erwärmt und damit die Prozesskette verschlankt werden, ohne dass die Naturfasern thermischen Schaden nehmen.

Optimiert werden außerdem die Abstände zwischen IR-Strahler und Halbzeug sowie die Strahlungsleistung. So ist es möglich, ein Naturfaserhalbzeug mit einem Flächengewicht von ca. 1.800 g/m² innerhalb von etwa 15 bis 20 s zu erwärmen und anschließend auf konventionellen Umformpressen umzuformen.

Vorteile sind eine geringere Geruchsentwicklung sowie ein Fasergehalt bis zu 70 Gew.% im Bauteil.

Das Erwärmen der Halbzeuge mit dem Strahlerfeld ersetzt die Kontaktheizpresse, was sich kostensparend bei Invest und Betrieb. Außerdem braucht die Anlage weniger Platz.

Die Untersuchungen zeigen, dass es möglich ist, naturfaserverstärkte Thermoplaste unter industriellen Bedingungen (Halbzeuggröße ca. 1000 x 1500 mm) mit Infrarot zu erwärmen.

Im Rahmen des Forschungsprojektes werden durch den Projektpartner Schäfer Additivsysteme GmbH IR-Absorber hinsichtlich ihrer Absorptionswirkung untersucht und optimiert. Der Projektpartner J. Dittrich & Söhne Vliesstoffe GmbH entwickelt einen Prozess zur industriellen Produktion hinsichtlich IR-Erwärmung optimierter Halbzeuge. Das Institut für Verbundwerkstoffe führt die Aufheiz- und Umformversuche sowie die Bestimmung der Imprägnier- und Bauteilqualität inkl. Bestimmung mechanischer Kennwerte durch.


Quelle und weitere Infos: Carbon Composites

Comments are closed, but trackbacks and pingbacks are open.