Untersuchungen zur Eignung von thermoplastischen rCF-Verbunden für den Einsatz im Automobilinnenraum
Projektleiter: Dipl.-Chem. Carmen Knobelsdorf
Projektnummer: BMWi / INNO-KOM, MF 150189
Laufzeit: 01.06.2016 – 31.05.2018
Aufgabenstellung
Ausgehend von der Zielstellung, carbonfaserverstärkte Thermoplaste für Bauteile im Fahrzeuginnenraum einzusetzen, bestand die Projektaufgabe in der Untersuchung und der Bewertung des Emissionspotenzials dieser neuen Werkstoffgruppe, gemessen an den aktuellen Anforderungen von OEMs an die Emissionen im Fahrzeuginnenraum. Gemäß dem Projektantrag wurden zwei unterschiedliche Prozessrouten zur Herstellung der thermoplastischen CFK – Thermoforming mit Organoblechen und Spritzgießen – betrachtet und auch unterschiedliche thermoplastische Matrices untersucht. Dabei wurden folgende Einflussfaktoren berücksichtigt:
- Quelle und Aufbereitung der Carbonfasern
- Polymerbasis (PP, PA6, PA66, PA12, PC, TPU, PPS)
- Verarbeitungsparameter bei der Fertigung (Thermoforming für Organobleche, Spritzgießen für Compounds)
- Fasermassegehalt
- Hersteller/Lieferanten von Matrixfasern für die Organoblechfertigung
- Hersteller/Lieferanten von rCF-Compounds.
Ergebnisse
Die Projektarbeiten haben gezeigt, dass man durch die Auswahl der thermoplastischen Matrix sowie der Prozesse und Verfahren zur Herstellung der carbonfaserverstärkten Thermoplaste entscheidend Einfluss nehmen kann auf die spätere Produktqualität. Dies trifft sowohl auf die Anforderungen an das Emissionsverhalten als auch auf die mechanischen Materialeigenschaften zu. Durch eine optimale Material- und Prozesskombination kann man die individuellen und spezifischen Anforderungen der OEMs erfüllen. Im Vergleich zu anderen faserverstärkten thermoplastischen Werkstoffen zeichnen sich die carbonfaserverstärkten Thermoplaste mit Vorteilen aus, wie:
- emissionsarm: OEM-Anforderungen werden erfüllt
- prozessoptimiert: Ansprüche an moderne Serienprozesse hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit sind umsetzbar
- ressourcensparend: durch den Einsatz von recycelten Carbonfasern
- leichtbaufähig: deutliche Gewichtseinsparungen gegenüber glasfaserverstärkten Kunststoffen realisierbar
Anwendung
Da für carbonfaserverstärkte Thermoplaste bisher keine systematischen Untersuchungen zum Emissionsverhalten durchgeführt wurden, haben die Projektergebnisse einen hohen Neuheitsgrad und erlauben die richtige Materialauswahl für Bauteile im automobilen Interieur. Der Einsatz von rCF-Thermoplasten unterstützt die Fahrzeugbauer bei der Einhaltung ihrer Zielwerte bezüglich der Innenraumluftqualität. Bei der Gestaltung des Fahrgastinnengraumes helfen sie außerdem Gewicht zu reduzieren, ermöglichen ein Multi-Material-Design und können als Komponenten für die Integration von Zusatzfunktionen, wie Heiz- und Signalübertragungsfunktionen, genutzt werden. Durch den Einsatz recycelter Carbonfasern wird zudem dem Nachhaltigkeitsaspekt Rechnung getragen. Somit werden die Projektergebnisse eine strategische und branchenübergreifende Entwicklung thermoplastischer Verbundwerkstoffe, einschließlich recycelten Fasermaterials, vorantreiben.
