Verfahrensentwicklung zur Herstellung von eigenschaftsoptimierten Sandwichbauteilen mit hoher Funktionsintegration unter Einsatz von recycelten Carbonfasern
Projektleiter: Dr.-Ing. Thomas Reußmann
Projektnummer: BMWi / ZIM, KF 2099131 EB4
Laufzeit: 01. 09. 2015 – 30. 09. 2017
Aufgabenstellung
Thermoplastische Sandwichmaterialien (Low Weight Reinforced Thermoplastics, LWRT) sind sortenreine, faserverstärkte Verbundhalbzeuge aus unterschiedlich porösen Kern- und Deckschichten, aus denen sich großflächige und steife Bauteile mit einem hohen Leichtbaupotenzial herstellen lassen. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der porösen Verbundwerkstoffe ist das gute Schallabsorptionsvermögen. Ausgehend davon sind derartige Sandwichmaterialien auch für Anwendungen mit komplexen Strukturen interessant. Ziel des Verbundvorhabens war die Entwicklung von Sandwichteilen mit hoher Funktionsintegration durch Kombination mit Spritzgießprozessen, um mit diesen Leichtbaumaterialien auch Anwendungen im Strukturbereich realisieren zu können.
Das FuE-Vorhaben war in zwei Hauptarbeitsgebiete unterteilt:
- Entwicklung von eigenschaftsoptimierten Sandwichbauteilen mit hoher Funktionsintegration unter Einsatz von recycelten Carbonfasern (Teilprojekt 1, TITK)
- Prozessentwicklung zum direkten Hinterspritzen von Sandwichbauteilen mit carbonfaserverstärkten Spritzgießmaterialien (Teilprojekt 2, Industriepartner FKT Formenbau und Kunststofftechnik)
Ergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene Materialzusammensetzungen und Schichtaufbauten für Sandwichmaterialien untersucht sowie Prozessparameter erarbeitet, die eine Herstellung von kostengünstigen Verbundhalbzeugen ermöglichen. Außerdem wurde die Werkzeug- und Verfahrenstechnik zum Anspritzen von Funktionselementen entwickelt. Das erfolgte hauptsächlich beim Projektpartner FKT. Durch einen geeigneten Verbundaufbau sind an dem Demonstrator Gewichtseinsparungen von 20-30% gegenüber massiv gespritzten Bauteilen erreicht worden. Über die Kombination mit Spritzgießprozessen können somit thermoplastische Leichtbauteile mit hoher Funktionsintegration hergestellt werden.
Anwendung
Die Anwendung der Sandwichmaterialien bietet sich vor allem bei der Herstellung von leichten und steifen Trägerstrukturen für die Automobilindustrie an. Dabei können sowohl PP- als auch PA6-Matrixmaterialien eingesetzt werden. Als Verstärkungsfasern sind Glasfasern und recycelte Carbonfasern geeignet. Durch die Funktionsintegration lassen sich Versteifungsrippen und Befestigungselemente kostengünstig in die Bauteile integrieren. Somit können kurze Prozessketten realisiert werden. Die entwickelten Prozesse sind großserientauglich, wodurch eine zeitnahe industrielle Umsetzung gegeben ist.