Sandwichstrukturen aus vernadelten Carbonfaservliesen
Projektleiter: Dr.-Ing. Thomas Reußmann
Projektnummer: BMWi/ INNO-KOM-Ost, MF 130111
Laufzeit: 01.01.2014 – 30.06.2016
Aufgabenstellung
LWRT-Sandwichstrukturen (Low Weight Reinforced Thermoplastics) werden aus Glas- und PP-Mischfaservliesen hergestellt und kommen in der Automobilindustrie beispielsweise als Unterbodenverkleidungen zum Einsatz. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden grundlegende Untersuchungen zum Einsatz von recycelten Carbonfasern für die Optimierung von LWRT-Halbzeugen durchgeführt. Ziel war eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, um möglichst geringe Halbzeug-Flächenmassen für LWRT-Bauteile einsetzen zu können.
Ergebnisse
Der Aufbau von LWRT-Materialien ist durch mehrere Schichten gekennzeichnet. Hochverdichtete Deckschichten sorgen für gute mechanische Eigenschaften, während eine geringverdichtete, poröse Kernschicht gute akustische Kennwerte sowie geringes Gewicht gewährleistet. Der Einsatz von Recycling-Carbonfasern bietet sich insbesondere in den Deckschichten von LWRT-Aufbauten an, da hier im Falle von Biegebelastungen die größten Spannungen auftreten.
In den Deckschichten führt die Substitution von Glasfasern durch Recycling-Carbonfasern zu einer deutlichen Steigerung der Biege-Festigkeit und des Biege-E-Moduls. Für die Deckschicht-Vliese hat sich ein Gehalt an Carbonfasern von 25 ma% als geeignet erwiesen. Dadurch können Gewichtsreduzierungen von 30 % gegenüber der Verwendung von Glasfasern erreicht werden.
In den Kernvliesen führt der Einsatz von Recycling-Carbonfasern anstelle von Glasfasern nicht zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Das Rückstellverhalten (Lofting) von Carbonfaservliesen ist im Vergleich zu Glasfaservliesen schwächer ausgeprägt. Nach Optimierung von LWRT-Aufbauten mit carbonfaserverstärkten Deckschichten wurden in Zusammenarbeit mit Industriepartnern Musterbauteile gepresst (Bild 1). Die Bauteile zeichnen sich durch eine hohe Steifigkeit und gute akustische Eigenschaften aus.
Anwendung
Die Anwendung der neu entwickelten carbonfaserverstärkten Sandwichmaterialien kann vorzugsweise in der Automobilindustrie erfolgen. Typische Bauteile sind Unterbodenverkleidungen und Kapselungen im Bereich des Motorraums. Es sind aber auch Bauteile mit höheren mechanischen Anforderungen für tragende Fahrzeugstrukturen denkbar.