Untersuchungen zum Mechanismus des Spinning-Effektes bei der Herstellung nassgelegter Vliesstoffe

Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung von Stapelfaser-Halbzeugen aus endlich langen Hochleistungsverstärkungsfasern, wie sie beispielsweise in Recyclingprozessen anfallen. Die Halbzeuge sollen sich dadurch auszeichnen, dass sie eine Faserorientierung aufweisen, eine gute Haftung zur thermoplastischen Polymermatrix ausbilden und ein optimales Verarbeitungsverhalten im nachfolgenden, thermischen Umformprozess zeigen.

Ergebnisse

Mit Hilfe textiler Verarbeitungsverfahren (Krempeltechnik) konnten aus Carbonfaserabfällen erfolgreich Halbzeuge hergestellt werden, die sich anschließend über Pressverfahren zu Bauteilen formen lassen. Das Matrixmaterial kann zu Beginn der Halbzeugherstellung in Form von Stapelfasern hinzugefügt werden oder es wird zunächst ein Carbonfaservlies erzeugt, welches anschließend mit einem Vlies aus Matrixfasern verbunden wird (Vernadelung oder thermische Verfestigung).

Die Konsolidierung von Verstärkungsfaser und Matrixmaterial kann zusammen mit der Bauteilformgebung in nur einem Prozessschritt erfolgen (energie- und kosteneffizientes One-Step Verfahren). Aufgrund der endlich langen Fasern resultiert eine gute Drapier- und Tiefziehfähigkeit, sodass 3‑dimensionale Bauteile hergestellt werden können (siehe Bild 1).

Anwendung

Neben der Luft- und Raumfahrt etablieren sich hochleistungsfaserverstärkte Verbundbauteile aufgrund des hohen Leichtbaupotentials zunehmend in der Automobilindustrie. Für hochbelastete Strukturbauteile eignen sich endlosfaserverstärkte Verbunde zur Substitution schwerere Blechbauteile am besten. Bei der Produktion anfallende Faserreste können mit Hilfe der im Projekt entwickelten Prozesse zu hochwertigen Halbzeugen wiederverwertet und anschließend zu faserverstärkten Leichtbauteilen für geringe bis mittlere mechanische Belastungen verpresst werden. Aufgrund des hohen Energiebedarfs und der hohen Kosten der Carbonfasern ist eine hochwertige Wiederverwertung gerade im automobilen Massenmarkt ökonomisch und ökologisch sinnvoll.