Neue Verfahren für duroplastische FV-Bauteile

Hochleistungsbauteile können zukünftig mit einfacher Maschinen- und Prozesstechnik sowie in kurzen Zykluszeiten hergestellt werden. Möglich machen dies zwei neue Fertigungsprozesse, die Ingenieure der Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH (LZS), Dresden, entwickelt haben. Grundlage für diese Verfahren ist ein von der New Era Materials Sp. z o.o. (NEM), Szczecin (Polen), hergestelltes neuartiges, duroplastisches Matrixsystem. LZS wird das unter dem Markennamen A.S.SET vertriebene Material und die Prozesse im Herbst 2014 im Rahmen mehrerer Fachmessen vorstellen.

Basis der Verfahren sind modifizierte Epoxidharze, die durch spezielle Additive thermoplastische Verarbeitungseigenschaften erhalten. Je nach eingesetztem Verfahren werden die modifizierten Harze zunächst zu Pulvern (A.S.SET- Powder) oder zu plattenförmigen Halbzeugen mit Endlosfaserverstärkung (A.S.SET- Sheets) verarbeitet. Der Markenname A.S.SET (Adjustable Simple Thermoset) steht hierbei für die wichtigsten Vorteile der neuen Produkte – die Variabilität der Eigenschaften und die einfache Verarbeitung.

Das Pulver ist Ausgangsstoff für das neu entwickelte Resin Powder Moulding (RPM). Hierbei wird das pulverförmige Harz mit einfacher Sprüh- oder Siebtechnik auf eine textile Preform aufgetragen. Durch Wärmezufuhr schmilzt das Pulver und die Preform kann mittels einfacher Presstechnik infiltriert werden. Bei weiterer Temperaturerhöhung härtet das Harz innerhalb kurzer Zeit aus. Das RPM zeichnet sich insbesondere durch den Entfall aufwändiger Dosier- und Injektionstechnik aus, die bei heute etablierten Verfahren zur Verarbeitung von Reaktionsharzen erforderlich ist.

Die Platten werden im Thermoset Sheet Forming (TSF) verarbeitet. Bei Temperaturerhöhung erweichen die Halbzeuge und sind so – ähnlich wie thermoplastische Organobleche – thermisch umformbar. Bei weiterer Temperaturerhöhung härten sie duroplastisch aus, was den daraus hergestellten Produkten gute mechanische und thermische Eigenschaften verleiht. Das Besondere hierbei: Solange die Produkte nicht endvernetzt sind, können Sie mehrfach umgeformt werden. So kann der TSF-Prozess mehrstufig angewandt werden, um die Herstellung komplexer Bauteile zu ermöglichen.

Das RPM- und das TSF-Verfahren besitzen viele Vorteile gegenüber konventionellen Verarbeitungsverfahren. Beide Prozesse sind sehr variabel hinsichtlich Materialien und Prozessführung, denn sie funktionieren mit einer großen Bandbreite verschiedener Epoxidharz- Matrixsysteme und Verstärkungswerkstoffe und können so den individuellen Anforderungen hinsichtlich mechanischer, thermischer und chemischer Eigenschaften angepasst werden. Auch die Prozessfenster, etwa die Erweichungs- oder Vernetzungstemperatur, sind in weiten Grenzen einstellbar. Durch spezielle Additive lassen sich weitere Modifikationen vornehmen. So ist es beispielsweise möglich, das RPM-Pulver mit Farbpigmenten, Brandhemmern oder internem Trennmittel zu versehen.

Die Investitionskosten für Maschinen und Werkzeuge sind auf Grund der einfachen Prozesstechnik und der geringen Werkzeuganforderungen geringer als Investitionen, die für die Herstellung vergleichbarer duroplastischer Faserverbundbauteile erforderlich sind. Die Preise für die verwendeten A.S.SET-Werkstoffe sind trotz der neuartigen Eigenschaften nicht höher als bei vergleichbaren Materialien.

RPM und TSF sind effiziente Verfahren, da ganze Prozessschritte, wie etwa die Dosierung, die Injektion oder die Werkzeugevakuierung entfallen oder stark vereinfacht umgesetzt werden können. Auch die bei Duroplasten häufig erforderliche Kühlung der Halbzeuge und Ausgangsmaterialien entfällt. Weitere Effizienzsteigerungen resultieren aus der kurzen realisierbaren Zykluszeit sowie aus der Möglichkeit, Formwerkzeuge bei konstanter Temperatur zu betreiben.

Dadurch können auch schon bei geringen Stückzahlen metallische Strukturbauteile durch Composite- Strukturen wirtschaftlich substituiert werden.

www.lzs-dd.de
www.as-set.eu