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Herstellung von faserverstärkten Thermoplasten durch Pulver-Towpreg-Placement und Direktimprägnierung in einem variothermen Pressprozess

Sunday (01.01.2040)
00:00 - 00:21 Uhr

Faserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe finden zunehmend Anwendung in Hochleistungsbereichen. Um die hervorragenden mechanischen Eigenschaften der Verstärkungsfasern besser nutzen zu können, ist dabei ein bauteilspezifisches, lastgerechtes Design notwendig. Für die Herstellung solcher Strukturen ist der Tapelegeprozess ideal geeignet, wobei typischerweise unidirektional verstärkte, vollständig imprägnierte und konsolidierte Tapes verarbeitet werden. Diese sind jedoch nur in bestimmten, gängigen Faser-Matrix-Kombinationen erhältlich, was die Flexibilität dieses Prozesses stark einschränkt. Das Dry Fiber Placement (DFP) ist ein modifizierter Tapelegeprozess, der auf nicht imprägnierte Rovings zurückgreift, um lastgerechte, individuelle Preforms herzustellen, die in einem nachfolgenden Flüssigimprägnierverfahren zum Bauteil weiterverarbeitet werden können.

Ein neuartiges, am IVW entwickeltes Herstellungsverfahren kombiniert die Vorteile des thermoplastischen Tapelegens mit der Flexibilität des DFP zur Herstellung von kontinuierlichen faserverstärkten Thermoplasten. Dabei werden thermoplastische Pulver-Prepregs (Rovings mit vollständigem Polymeranteil für das Endbauteil) mittels eines am IVW entwickelten Systems zur Produktion von Bindertapes hergestellt und durch DFP zu vorimprägnierten Preforms verarbeitet. Durch die Verarbeitung von trockenen Rovings werden teure, vorimprägnierte Halbzeuge umgangen. Damit können auch Hybridbauteile (Kombination von z. B. Glas- und Stahlfasern) hergestellt werden. Bei der Verarbeitung der Pulver-Towpregs im Tapelegeprozess dient das thermoplastische Pulver als Bindermaterial (analog zum DFP). Anschließend werden die Preforms in einem variothermen Pressprozess vollständig imprägniert und konsolidiert.

Die vorgestellte Studie zeigt die Ergebnisse eines vollständigen Durchlaufens der neuartigen Prozesskette. Zum Aufbau von Grundlagen – Know-how bzgl. der Prozesse „Faserablage“ und „variothermer Pressprozess“ wurde dabei die Methode der statistischen Versuchsplanung angewandt, um signifikant ergebnisrelevante Parameter zu identifizieren und zu bewerten. Die variierten Parameter für die Faserablage sind die Ablegegeschwindigkeit, die Heißgasmenge und die Anpresskraft der Konsolidierungsrolle. Im nachgeschalteten Pressprozess wurden Druck und Zeit sowie die Verarbeitungstemperatur variiert. Die Ergebnisse erlauben eine erste Prozessoptimierung im Hinblick auf beste Bauteilqualität bei kurzen Zykluszeiten.

Sprecher/Referent:
Florian Kühn
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. David May
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
  • Prof. Dr. Peter Mitschang
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)