CaPri – mattenverstärktes Guss - PA
Projektleiter: Susann Olschak, Dr. Peter Bauer
Projektnummer: BMWi / INNO-KOM-Ost, MF 140182
Laufzeit: 01.06.2015 – 30.11.2017
Aufgabenstellung
Die Entwicklung von wabenkernhaltigen, mattenverstärkten Gusspolyamiden sollte zu Verbundwerkstoffe führen, die sowohl über Leichtbaueigenschaften als auch über hohe mechanische Eigenschaften verfügen. Weiterhin sollen Flächengebilde aus Glasfaser-, Kohlenstofffaser- und auch Kunststofffasermatten in das durch anionische Polymerisation hergestellte Polyamid6 eingebracht werden. Wabenkerne waren aus Pappe / Papier, Aluminium bzw. Kunststoff geplant. Materialseitig innovativ ist die Eigenschaftsverknüpfung von verstärkten Bauteilen und dem Leichtbaugedanken, welches für Gusspolyamid noch nicht in der Weise beschrieben wurde. Verfahrensseitig innovativ ist das Fertigungsverfahren hierzu auf Basis der anionischen Polymerisation von ε-Caprolactam unter Verwendung eines Aktivator / Katalysatorsystems.
Ergebnisse
Das Forschungsziel wurde erreicht. Mit den Methoden der Vakuuminfiltration bzw. der drucklosen Infiltration konnte z. B. C-faserverstärktes Guss-Polyamid mit C-Fasergehalten von mehr als 30 Gew.-% und einem hohen mechanischen Eigenschaftsniveau polymerisiert werden. Die Gewebeorientierung erfolgte unidirektional bzw. um 90 ° zueinander versetzt. Die Guss-PA6-Polymerisation erfolgte in-situ, d. h. in Gegenwart der C-Fasergewebe. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die anionische PA6-Polymerisation im Labormaßstab erfolgreich verläuft und dass die Eigenschaften des polymerisierten PA6 im Bereich von kommerziell verfügbarem Guss-PA6 liegen. Oben beschriebene Sandwichstrukturen entstanden als dreischichtige Verbundkonstruktionen, die aus zwei tragenden Deckschichten und einem Stützkern in Wabenform zusammengesetzt sind. Insgesamt konnte das mechanische Eigenschaftsprofil beispielsweise durch die Zugabe von mehr als 30 Gew.-% C-Fasergewebe gegenüber unadditiviertem Guss-PA6-Nullproben deutlich gesteigert werden. Der E-Modul wurde um mehr als 10000 MPa gesteigert. Weiterhin wurde die Zugfestigkeit verbessert, welche gegenüber der Guss-PA6-Nullprobe auf 500 – 600 % im Fall der drucklos infiltrierten und getemperten Platte gesteigert wurde. Diese enorme Steigerung ist auf die ausgezeichnete Faser-Matrix-Anbindung zurückzuführen, welche auf REM-Aufnahmen C-faserverstärkter Guss-PA6-Proben erkennbar ist.
Anwendung
Anwendungen werden in Leichtbauprodukten mit gesteigerten mechanischen Eigenschaftskennwerten gesehen. Die mattenverstärkten Guss-Polyamide mit Wabenkern sollen Halbzeuge ersetzen, die derzeit noch mit Epoxidharzmatrix und beispielsweise Glasfasern ausgeführt werden. Die neuen Werkstoffe sollen Substitute für kommerzielle PUR- oder Epoxidharzverbunde sein und in der Fertigung einen eindeutigen Material- und Preisvorteil bieten. Die Composite sind so für den Einsatz im Automobilbau prädestiniert, z. B. für den Fahrzeuginnenraum. Anwendungsbeispiele von Wabenplatten mit Papierkern sind weiterhin Messebau, Trennwände, Fertighäuser, Bühnenbau, Schiebetüren, Bodensysteme, Gerüstbau, Wandverkleidungen und Regalbau. Honeycomb-Paneele werden beispielsweise auch in leichten Schiffsrümpfen eingesetzt.