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Effiziente Prozesskette zur Verarbeitung von naturfaserverstärkten Thermoplasten

Sonntag (01.01.2040)
00:00 - 00:42 Uhr

Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) finden seit Jahrzehnten Anwendung in der europäischen Automobilindustrie und werden hauptsächlich zu semi-strukturellen Bauteilen wie zum Beispiel Türverkleidungen, Dachversteifungen und Rückenlehnen verarbeitet. Als werkstoffliche Basis für NFK-Bauteile dienen meist Hybridvliese, welche auf das Werkstoffgewicht bezogen jeweils zur Hälfte aus Natur- und zur Hälfte aus Thermoplast-Schmelzfasern, aus Kostengründen meist Polypropylen (PP), bestehen. Diese Vliese werden in Pressstraßen zu Bauteilen verarbeitet. Bei der Verarbeitung werden die Halbzeuge zunächst in einer Kontaktheizpresse unter Druck (≈ 10 bar) und Temperatur (bis zu 220 °C) kalibriert und die Naturfasern dabei mit der Kunststoffmatrix imprägniert. Danach werden die Halbzeuge in eine Umformpresse transportiert und umgeformt. Die Verarbeitung besteht aus zwei Einzelschritten, welche auf zwei separaten Pressen durchgeführt werden und somit mit hohem Investitionsaufwand und erheblichem Platz- und Energiebedarf verbunden sind.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „InfraHeat“ wird die Modifikation von naturfaserverstärkten Thermoplasten hinsichtlich einer effizienten Verarbeitung untersucht. Hierzu wird in einem ersten Schritt ein naturfaserverstärktes Halbzeug hergestellt, bei dem die konventionell verwendeten PP-Schmelzfasern durch ein Matrixsystem (AcrodurPower 2750X) ersetzt wurden. In einem zweiten Schritt wird anstelle der konventionellen Erwärmung der Halbzeuge eine Erwärmung durch mittelwellige Infrarot-Strahlung untersucht. Das verwendete Matrixsystem wird zusätzlich mit Infrarot-Absorbern additiviert, welche mittelwellige IR-Strahlung absorbieren. Durch das Einbringen der IR-Absorber wird eine schnelle, effiziente und schonende Erwärmung der Halbzeuge im Infrarot-Strahlerfeld ermöglicht. Durch Wahl einer definierten Wellenlänge bei der Erwärmung kann die Matrix gezielt erwärmt werden ohne die Naturfasern zu schädigen. Das gewählte Matrixsystem benötigt lediglich eine Verarbeitungstemperatur von 150 °C. Bei der konventionellen Verarbeitung werden die Halbzeuge meist auf 200 °C erwärmt, wodurch die Naturfasern geschädigt werden können. Durch die Verwendung der IR-Strahler kann die Zykluszeit während der Erwärmung um bis zu 45 % reduziert werden. Weiterhin bietet das Matrixsystem die Möglichkeit den Faseranteil im Halbzeug von 50 auf 78 % zu erhöhen, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Halbzeuge gesteigert werden.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Florian Gortner
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Peter Mitschang
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)