Zum Herstellen von UD-Tapes werden Fasern unter Spannung über eine Spreizeinrichtung geführt, um ein möglichst homogenes und dünnes Faserbett zu erhalten. Dieses Faserbett wird anschließend durch Kunststoffschmelze, der sogenannten Kunststoffmatrix, auf einer maximalen Breite von 500 mm benetzt. Danach wird das Tape abgekühlt, randbeschnitten und auf Rollen aufgewickelt.
»Die UD-Tape-Anlage erlaubt eine Herstellungsgeschwindigkeit bis 20 m/min bei Verarbeitungstemperaturen bis 350°C und bietet einmalige Möglichkeiten und Variationsbreiten. Schmalere Tapes sind beispielsweise in dieser Anlage durch eine Inline-Schneidevorrichtung realisierbar.“
(Matthias Sieverding, Leiter des Segments Extrusionstechnik der KraussMaffei-Gruppe)
Die Technologie ist für die Fertigung in der Großserie geeignet – ein wichtiger Aspekt etwa für die Automobilindustrie. Dort können dank neuer, leistungsfähiger Leichtbau-Werkstoffe – auch auf Basis von UD-Tapes – das Fahrzeuggewicht und damit der Schadstoffausstoß verringert werden.
„Durch die spezielle geometrische Gestaltung unseres Werkzeugs ist nicht nur eine hocheffiziente Imprägnierung der Fasern möglich, sondern wir erreichen auch anpassbare Tape-Dicken, Druckgradienten und Imprägnierlängen im Benetzungswerkzeug.«
(Prof. Peter Michel, Leiter des Geschäftsfelds Polymeranwendungen am Fraunhofer IMWS)
Was sind UD-Tapes?
UD-Tapes sind Bänder mit unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern, beispielsweise aus Glas oder Kohlenstoff, die in eine thermoplastische Matrix eingebettet werden. Im Weiterverarbeitungsprozess werden die Tapes so aufeinander gelegt und fixiert, dass die Fasern in Lastrichtung (unidirektional) orientiert und somit speziell auf den Lastfall des Bauteils abgestimmt sind – genau an den Stellen eines Bauteils, die besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind, können lokal weitere Lagen eingebracht werden. Durch diese Kombination werden die ans Bauteil gestellten Anforderungen an Steifigkeiten und Festigkeiten bei deutlich geringerem Bauteilgewicht erreicht. Die Eigenschaften der UD-Materialien übertreffen dabei die von Metallen in einigen Bereichen deutlich.
Die aus mehreren UD-Tape-Schichten bestehenden Laminate bieten Vorteile für die Verarbeitung: Durch ihre Belastbarkeit können sie als Konstruktionswerkstoffe eingesetzt werden und ermöglichen neue Bauteilgeometrien. Sie sind für Thermoumformung geeignet, durch Überspritzen ist zudem die Integration weiterer Funktionen oder Komponenten möglich, sodass Hybridmaterial-Lösungen entstehen. Im Vergleich zu anderen Methoden bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen (FVK) bieten sie kürzere Produktionszeiten, schnellere Pre-Preg-Prozesse und zudem ein höheres Recyclingpotenzial als duroplastische Lösungen.
