Institut für Kunststoffverarbeitung: Funktionalisierung im Duroplast-Spritzgießprozess

IKV untersucht faserverstärkte Leichtbauteile mit duroplastischer Matrix

Die steigende Nachfrage nach Kunststoffbauteilen mit Endlosfaserverstärkung beruht auf ihren hohen mechanischen Festigkeiten bei bis zu 25 Prozent geringeren Gewichten im Vergleich zu Metallbauteilen. Aus diesem Grund ist ihre Herstellung und hierbei insbesondere die Wirtschaftlichkeit des Prozesses sowie die Reduktion von Fertigungsschritten bei kurzen Zykluszeiten Thema diverser Forschungsprojekte. Während FVK-Bauteile mit thermoplastischer Matrix bereits industriell hergestellt und genutzt werden, beschäftigt sich das IKV jetzt erstmals mit der Herstellung endlosfaserverstärkter Leichtbauteile mit duroplastischer Matrix. Duroplaste sind aufgrund ihrer höheren Kältebeständigkeit sowie der höheren mechanischen und thermischen Belastbarkeit in manchen Anwendungen den Thermoplasten überlegen.

In einem aktuellen Forschungsprojekt untersucht das Forscherteam am IKV die Möglichkeiten Leichtbauteile mit duroplastischer Matrix herzustellen. Analog dem bekannten Verfahren des integrierten Umformens und Hinterspritzens thermoplastischer FVK sollen so die Leichtbaueigenschaften mit der Bauteilkomplexität des Spritzgießens auch für duroplastische Bauteile kombiniert werden. Zwei innovative Prozessrouten kommen dabei zum Einsatz: das Hinterspritzen von zuvor im etablierten RTM-Verfahren hergestellten Bauteilen, eine zweistufige Prozessroute, sowie das Hinterspritzen von Towpreg/Prepreg-Materialien, welche prozessintegriert im Spritzgießprozess aushärten, also eine einstufige Prozessroute. Beide Wege zeichnen sich durch eine im Vergleich zu herkömmlichen Funktionalisierungsstrategien wie Kleben oder Nieten reduzierte Anzahl von Fertigungsschritten sowie durch kürzere Zykluszeiten aus.

Die erzielten Forschungsergebnisse wie Prozesseinflussgrößen, erzielbare Bauteilkomplexität und Haftverbundeigenschaften sowie die technologische und wirtschaftliche Bewertung können künftig dazu beitragen, die Bauteilkomplexität und Funktionsintegration zu steigern und neue Anwendungsbereiche für duroplastische FVK-Bauteile zu erschließen.

Das Forschungsvorhaben IGF 9EWN wird gefördert von der AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.