Entwicklung der Verfahrenstechnik zur Direktverarbeitung von carbonfaserverstärkten Thermoplasten im LFT-D-Prozess

Die Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf Werkstoff- und Verfahrensentwicklungen für die Herstellung von thermoplastischen Carbonfaserverbunden im LFT-D-Prozess. Ziel war die hochwertige Verarbeitung von Stapelfasern und Produktionsabfällen (Gewebe- und Gelegeabfälle) aus der CFK-Verbundherstellung. Dadurch soll die Produktivität bei der Herstellung von thermoplastischen Carbonfaserverbunden erhöht werden.

Ergebnisse

In dem Projekt wurden zunächst Produktionsabfälle aus der textilen Halbzeugfertigung mit Hilfe eines im TITK entwickelten Recyclingprozesses aufgeschlossen und die Fasern hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften geprüft.

Zur Umsetzung einer kontinuierlichen Dosierung wurden aus den Recyclingcarbonfasern gering verfestigte Faservliese mit einer speziellen Vlieslegetechnologie erzeugt. Die Vliese wurden an der LFT-D-Anlage getestet und für die Einstellung verschiedener Fasergehalte in Streifen mit definierter Breite geschnitten. In einem weiteren Schritt folgten kontinuierliche Verarbeitungsversuche wobei die Prozessbedingungen für die Herstellung von Verbunden mit PP und PA6-Matrix optimiert werden mussten.

Für die Herstellung von Demonstrationsbauteilen diente ein Fließpresswerkzeug mit Rippenstruktur. Auf dem Versuchswerkzeug wurden Musterplatten mit verschiedenen Wanddicken gepresst. Es konnten Fasergehalte von 20-40 Gew.-% eingestellt werden. Die Verbunde wurden hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften geprüft.

Die besten Verbundeigenschaften resultierten bei Fasergehalten von 20-30 Gew.-%. Zur Optimierung der Faser-Matrix-Haftung wurden ausgewählte Haftvermittler getestet. Bei den PP-Verbunden konnten dadurch die mechanischen Eigenschaften deutlich verbessert werden. Bei PA6-Matrix wurden durch die Haftvermittlung keine signifikanten Effekte erzielt.

Anwendung

Zur Umsetzung der grundlegenden Untersuchungen wurden anschließend Musterteile mit 3-D-Geometrien hergestellt. Damit konnte der Nachweis erbracht werden, dass bei entsprechender Aufbereitung des Fasermaterials eine kontinuierliche Verarbeitung von recycelten Carbonfasern im LFT-D-Prozess möglich ist.

Das Verfahren kann zur Herstellung von komplexen Bauteilen mit Langfaserstruktur eingesetzt werden. Dabei sind kurze Zykluszeiten und ein hoher Automatisierungsgrad erreichbar.