Carbonfaserverstärkte Leichtbauprofile

Zielstellung des Vorhabens war die Entwicklung eines Extrusionsprozesses, bei dem Langfaserverstärkungen mit kurzfaserverstärkten thermoplastischen Matrixmaterialien kombiniert werden können. Das soll die kostengünstige Herstellung von Profilen mit Recyclatanteilen und hohen mechanischen Eigenschaften ermöglichen.

Ergebnisse

Im Rahmen der Untersuchungen wurden zuerst grundlegende Extrusionsversuche zur Herstellung von Profilen aus PP und PA6 mit einer Faserverstärkung aus recycelten Carbonfasern durchgeführt. Dazu wurde ein spezielles Profilwerkzeug entwickelt, welches die Kombination mit Langfaserverstärkungen ermöglicht. Mit dem Werkzeug können Rechteckprofile mit unterschiedlichen Wanddicken in einem Bereich von 1 bis 3 mm gefertigt werden. Bei den Versuchen konnten Fasergehalte in den Profilen von 20-40 Gew.-% realisiert werden.

In einem weiteren Schritt erfolgte im laufenden Prozess die Zuführung von Langfaserverstärkungen aus thermoplastischen Tapes an der Außenseite der Profile als lasttragende Verstärkungsschicht. Um einen kontinuierlichen und leistungsfähigen Prozess zu entwickeln, mussten zunächst die Verfahrensparameter bei der Profilextrusion optimiert werden. Außerdem wurde der Profilquerschnitt hinsichtlich der Wanddicke variiert. Es konnte eine gute Anbindung der Langfaserstrukturen an die kurzfaserverstärkte Thermoplastmatrix erreicht werden.

Zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften der hergestellten Profile (siehe Bild) wurden Biegeprüfungen durchgeführt und der Einfluss unterschiedlicher Materialzusammensetzungen bestimmt. Die höchsten mechanischen Eigenschaften konnten mit Profilen aus PA6/rCF30 erreicht werden. Die Langfaserverstärkung an der Außenseite erhöht die Biegesteifigkeit erheblich und verbessert auch das Versagensverhalten.