Direktablage von Natur-Langfasern im 3D-Presswerkzeug

Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) sind interessante Leichtbaumaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen und klassischen Kunststoffen. Für die Herstellung dieser Verbundwerkstoffe werden bevorzugt Bastfasern wie Flachs, Hanf, Sisal, Jute oder Kenaf eingesetzt. Die Bauteilherstellung erfolgt im mehrstufigen Formpressverfahren bestehend aus Halbzeug- und Bauteilfertigung. Dabei können nur konstante Flächenmassen eingestellt werden, was eine belastungsgerechte Auslegung der Bauteile erschwert. Weiterhin fallen herstellungsbedingt Stanzabfälle bei der Bauteilfertigung an.

Ziel des Forschungsprojektes war die Qualifizierung des Faserblasverfahrens für die Herstellung von hoch verdichteten Verbundbauteilen aus Natur-Langfasern. Im Faserblasverfahren, eine neuartige Technologie aus dem Bereich der Textiltechnik, werden derzeit vor allem voluminöse sowie niedrig-verdichtete Formteile für den Bereich Schall- und Wärmedämmung hergestellt. Die Weiterentwicklung und Nutzbarmachung der Faserblastechnologie zur Herstellung hoch verpresster 3D-Bauteile ermöglicht einen verschnitt- und abfallarmen Prozess. Weiterhin kann durch den Wegfall der Halbzeugherstellung eine kurze Prozesskette realisiert werden.

Ein erster Meilenstein in der Projektbearbeitung bestand in der Bebinderung des Fasermaterials. Dazu wurden die eingesetzten Flachsfasern in Form von Faserbändern mit Hilfe eines Foulards mit einem thermisch, vernetzenden wässrigen Acrylatharz behandelt. Hierbei konnte der Fasergehalt exakt eingestellt werden.

Weiterhin gelang der Nachweis, dass die marktverfügbare Faserblastechnik zur Erzeugung von dreidimensional, endkonturnah geformten Bauteilen auf Basis endlicher Verstärkungsfasern geeignet ist. Da das Einblasen und die Bauteilherstellung ohne Zwischenschritte erfolgen, war die Entwicklung eines geeigneten Werkzeuges notwendig. Dieses Werkzeug besteht im Wesentlichen aus drei Teilen – einem zweiteiligen Presswerkzeug mit oberer und unterer Werkzeughälfte sowie einem Einblaswerkzeug, welches während des Einblasvorgangs der Formgebung dient. Durch die Werkzeugentwicklung sowie Optimierung der gesamten Prozesskette konnte ein funktionsfähiger Prozess qualifiziert werden.

Das Eigenschaftsniveau der im Einblasvorgang hergestellten Faserblasverbunde erreicht bezüglich Biege- und Schlagbiegebeanspruchung das Potenzial von Referenzmaterialen aus Mattenhalbzeugen.