Untersuchungen zum Grenzschicht-Design und Imprägnierverhalten
Projektleiter: Carmen Knobelsdorf
Projektnummer: BMWK / INNO-KOM, 49MF190052
Laufzeit: 01.09.2019 – 28.02.2022
Aufgabenstellung
Recyclingfasern aus der Pyrolyse oder aus dem mechanischen Recycling von trockenen Gewebeabfällen haben entweder kein oder nur ein zu Epoxidharzen kompatibles Sizing, weil CFK bisher überwiegend duroplastisch basiert waren. Damit die Recyclingfasern auch in den weiter in den Fokus rückenden thermoplastischen CFK ihre volle Leistungsfähigkeit entfalten können, müssen die Faser/Matrix-Grenzschichten der epoxy-geschlichteten Recyclingfasern auf die thermoplastischen Matrices angepasst werden. Hinzu kommt, dass Thermoplastschmelzen ein anderes Fließverhalten als flüssige duromere Harzsysteme aufweisen und damit die Infiltration der CF erheblich erschwert ist. Ziel des Projektes war es, die Imprägnierung und die Haftung durch physikalische und chemische Modifikationen der Matrix gezielt zu beeinflussen, um die Fertigung von leistungsfähigen thermoplastischen Faserverbunden mit dem Thermoformverfahren zu ermöglichen.
Ergebnisse
Die Untersuchungen zeigten, dass die Modifizierung der PP-Matrix mit Maleinsäureanhydrid (MSA)-haltigen Haftvermittlern zu signifikanten Verbesserungen haftungsrelevanter Verbundeigenschaften, wie der interlaminaren Scherfestigkeit und der Zugfestigkeit quer zur Faserorientierung in den Modellverbunden führt. Dabei korrelieren die Steigerungen mit dem Modifizierungsgrad im Haftvermittler und dem Anteil des Haftvermittlers in der Matrix. Gute Ergebnisse werden erreicht mit 3 bis 5% Haftvermittler, der einen MSA-Gehalt >1,8% aufweist. Diese Ergebnisse lassen sich auch auf Verbunde mit rCF-Vliesstoffen übertragen (Bild 1). Zug- und Biegeeigenschaften der rCF-Verbunde können durch den Einsatz des Haftvermittlers deutlich erhöht werden.
Zur Beurteilung der Infiltrationseigenschaften wurde eine Prüfmethode entwickelt, bei der die Kraft zur Infiltrierung trockener CF-Halbzeuge mit der thermoplastischen Schmelze durch die Aufzeichnung der Kraft-Weg-Diagramme ermittelt wird. Die erhaltenen Kennlinien sind charakteristisch für den prozessbedingten
Anwendung
Die Projektergebnisse dokumentieren, dass epoxy-geschlichtete CF-Fasern aus Recyclingströmen bei Beachtung physikalischer und chemischer Randbedingungen im Thermoformverfahren zu leistungsstarken thermoplastischen Verbunden verarbeitet werden können. Das wiederum eröffnet gute Chancen für den Einsatz der rCF in High-Performance-Thermoplast Anwendungen, wie z. B. in vliesstoffbasierten Organoblechen. Damit können Ressourcen gespart und Materialkreisläufe geschlossen werden.
Bild 1: Effekte des MSA-Haftvermittlers TPPP 9212 in Verbunden mit recycelten CF-Vliesstoffen:
