Großserientaugliche Fertigung endlosfaserverstärkter Kunststoffbauteile

IKV realisiert Bauteile mit Polyurethanmatrix in fünf Minuten

PUR-Sprühzentrum im Technikum für faserverstärkte Kunststoffe des IKV (Foto: IKV)

PUR-Sprühzentrum im Technikum für faserverstärkte Kunststoffe des IKV (Foto: IKV)

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen arbeitet derzeit an der Entwicklung eines Polyurethan-Sprühprozesses zur Herstellung von FVK-Bauteilen mit hohen Faservolumengehalten in kurzen Zykluszeiten.

Dieser schnelle und vollautomatisierte Fertigungsprozess für faserverstärkte Strukturbauteile soll zum großserientauglichen Verfahren geführt werden. Gefördert wird das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in der Forschergruppe 860 „Neue Prozessketten für endlosfaserverstärkte Kunststoffbauteile: Integration von Preformen, Imprägnieren, Formen und Vernetzen“.

Als Matrixwerkstoff dienen kompakte Polyurethane, die sich durch eine sehr große Bandbreite ihrer Eigenschaften auszeichnen. Durch die in weiten Bereichen einstellbare Reaktionskinetik bieten sie viele Vorteile. Zur Herstellung der FVK-Bauteile werden textile Halbzeuge mit gerichteten, nicht kompaktierten Endlosfasern mittels Sprühtechnik imprägniert. Als Matrixmaterial dient ein nicht-schäumendes Polyurethan des Typs „Baypreg“ der Firma Bayer MaterialScience AG, Leverkusen. Dazu wurde im IKV-Technikum für faserverstärkte Kunststoffe, mit Unterstützung der KraussMaffei Technologies GmbH, München, ein Polyurethansprühzentrum aufgebaut.

Der Matrixauftrag und die Vorimprägnierung der trockenen Preforms erfolgen auf einem vakuumunterstützten Imprägnierwerkzeug innerhalb von 30 Sekunden. Die vollständige Konsolidierung und Vernetzung der imprägnierten textilen Halbzeuge erfolgt in einem neu entwickelten Presswerkzeug. Das Presswerkzeug wird bei 100 °C isotherm betrieben und ermöglicht, überschüssiges Harz in geregelte Nebenkavitäten abzuströmen. Durch die Kombination des Sprühprozesses und der angepassten Presstechnik können Bauteile mit den Abmessungen von 500 x 500 x 3 mm3 und einem Faservolumengehalt von über 50 Prozent in Zykluszeiten von weniger als fünf Minuten hergestellt werden. Die ursprünglich angestrebte Prozesszeit von zehn Minuten wird damit mehr als halbiert und soll durch die Anpassung der chemischen Zusammensetzung des Polyurethans weiter reduziert werden.

Das IKV dankt der DFG für die Förderung dieses Teilprojekts 4 innerhalb der Forschergruppe 860.

www.ikv-aachen.de

Über das IKV

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen ist europaweit das größte Forschungs- und Ausbildungsinstitut auf dem Gebiet der Kunststofftechnik. Mehr als 300 Mitarbeiter beantworten hier Fragestellungen rund um die Verarbeitung, Werkstofftechnik und Bauteilauslegung von Kunststoffen und Kautschuken. Die enge Verbindung mit Industrie und Wissenschaft sowie die exzellente Ausstattung des IKV ermöglichen den Studierenden eine praxisnahe und umfassende Ausbildung. Die Aachener Kunststoffingenieure sind deshalb begehrte Spezialisten in der Industrie. Etwa 50 Prozent der deutschen Kunststoffingenieure mit Universitätsabschluss wurden am IKV ausgebildet. Das IKV gliedert sich organisatorisch in die Fachabteilungen Spritzgießen und Polyurethantechnologie, Extrusion und Weiterverarbeitung, Formteilauslegung und Werkstofftechnik sowie Faserverstärkte Kunststoffe. Ferner gehören zum Institut das Zentrum für Kunststoffanalyse und -prüfung und die Abteilung Aus- und Weiterbildung. Träger ist eine gemeinnützige Fördervereinigung, der heute über 230 Unternehmen aus der Kunststoffbranche weltweit angehören. Leiter des Instituts und Geschäftsführer der Fördervereinigung ist Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann. Er ist gleichzeitig Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung der Fakultät für Maschinenwesen der RWTH Aachen.

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