Schlagzähe Organobleche aus Hochleistungsstapelfasern Kennwertmodifizierung durch Materialvariation
Projektleiter: Eric Oberländer
Projektnummer: BMWi / INNO-KOM-Ost, MF 140106
Laufzeit: 01.02.2015 – 30.06.2017
Aufgabenstellung
Im Bereich der CFK-Anwendungen fand in der Automobilindustrie in den letzten Jahren eine deutliche mengenmäßige Bedarfssteigerung statt. Aus den bekannten Technologien fallen große Mengen an CF-Abfällen an, welche unbedingt wiederverwertet werden müssen. So hat sich mittlerweile eine neue Materialgruppe, Halbzeuge aus recycelten Carbonfasern, etabliert. Aufgrund der sehr hohen Steifigkeit und geringen Reißdehnung der Carbonfasern ist bei Organoblechen aus Stapelfasern allerdings die Energieaufnahme im Crashfall sehr gering. Das wesentliche Ziel des Forschungsvorhabens bestand in der Entwicklung von flächigen, textilen Halbzeugen aus recycelten Carbonfasern mit verbesserter Schlagzähigkeit.
Ergebnisse
Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden:
1. Modifizierung der Fasermischung
- Die Zumischung von Glasfasern hat einen positiven Effekt auf die Impacteigenschaften, es gibt eine proportionale Abhängigkeit vom Volumenanteil der Modifizierungsfaser
- Eine Verbesserung des Impactverhaltens geht mit einer Abnahme der Festigkeit und Steifigkeit einher
2. Modifizierungen durch unterschiedliche Schichtaufbauten
- Eine Verbesserung des Impactverhaltens ist durch den Einsatz von Glasmatten möglich
- Die unterschiedlichen Glasmatten zeigen ein differenziertes Verhalten in Abhängigkeit des Matrixmaterials
- Der Schichtaufbau hat auf das Impactverhalten besonders bei PA6-Matrix-Verbunden einen deutlichen Einfluss (Bild 1)
3. Modifizierung durch Matrixvariation
- positive Effekte können auch über die Wahl des Matrixmaterials erreicht werden. PP-Verbunde weisen ein deutlich besseres Impactverhalten auf als PA6 Verbunde
- Der Einsatz von Haftvermittlern führt allerdings zu einer Verringerung der Zähigkeit
Anwendung
Verbundwerkstoffe aus recycelten Carbonfasern kommen aktuell bereits in der Automobilindustrie bei verschiedenen Bauteilen zum Einsatz (z. B. Dach und Sitzstruktur des BMW i3 und i8). Zukünftig wird sich auf Grund der wirtschaftlichen und industriellen Verfahren zur Halbzeugherstellung die Einsatzbreite erweitern. Die Projektergebnisse liefern insbesondere technische Lösungsansätze für die Verbesserung des Crashverhaltens thermoplastischer CFK.
Durch hybride Aufbauten mit Glasfasern können die Impacteigenschaften der Verbunde signifikant verbessert werden. Aufgrund der geringeren Materialkosten von Glasfasern ergeben sich auch positive Effekte beim Preis der neuen schlagzähmodifizierten Halbzeuge. Somit können durch die neuartigen Schichtaufbau-Verbunde kostengünstigere Produkte mit verbesserten Impacteigenschaften hergestellt werden. Dadurch sind interessante Anwendungen im Automobil (Kofferraumauskleidung, Unterbodenverkleidung, LWRT-Anwendungen, Sitzschalen) darstellbar.