Faserverbundkunststoffe, die metallische Materialien und Konstruktionen ersetzen können, spielen mit Blick auf den Klimaschutz und damit auch auf die Reduktion des CO2-Ausstoßes eine wesentliche Rolle. Mittels Leichtbaus können Roh- und Werkstoffe, Kosten und Energie bei der Herstellung sowie bei der Nutzung und Verwertung eines Produkts eingespart werden.
Basierend auf endlosen Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix, verfügen unidirektionale Faserverbundhalbzeuge (UD-Tapes) über bessere mechanische Eigenschaften als herkömmliche Partikel- oder Faserverbundkunststoffe. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit können sie in unterschiedlichen Branchen – ob in der Automobilindustrie, dem Luft- und Raumfahrtsektor, dem Maschinenbau oder dem klassischen Bauwesen – eingesetzt werden.
Im Projekt „High-Performance-Thermoplastics“ (HighPerTherm) entwickelte das Fraunhofer IMWS zusammen mit dem Projektpartner Domo Engineering Plastics neuartige Glasfaser-Polyamid-Tapes für den Einsatz in innovativen und kosteneffizienten Leichtbaustrukturen für die Großserienfertigung. Ziel war es, das Anwendungsspektrum thermoplastischer, endlosfaserverstärkter Tape-Halbzeuge für den effizienten Einsatz in hochbelastbaren Strukturen zu erweitern.
Deutliche Steigerung der mechanischen Leistung
Im Rahmen des Projekts widmete sich das Fraunhofer IMWS der Verbesserung und Weiterentwicklung der Prozesstechnik zur Herstellung endlosfaserverstärkter Thermoplasthalbzeuge sowie deren Charakterisierung. Das im Projekt von Domo Engineering Plastics entwickelte Matrixsystem sowie umfangreiche Analysen und Optimierungen der Prozessparameter führten zu einer deutlichen Steigerung der mechanischen Leistung der Tape-Halbzeuge gegenüber vergleichbaren Materialien. Ferner wurde durch die neu entwickelten Matrixsysteme eine signifikante Verbesserung der Verarbeitbarkeit im Tape-Prozess erreicht, wodurch eine deutliche Steigerung der Faserbenetzbarkeit im Tape-Halbzeug sowie eine Verbesserung der Prozesslangzeitstabilität ermöglicht wird.
„Durch gezielte material- und prozessspezifische Entwicklungsschritte haben wir Steigerungen des Faservolumenanteils in den Tape-Halbzeugen erzielt und optimale Parameter ermittelt, die die Herstellung von UD-Halbzeugen mit optimierter mechanischer Performance ermöglichen“, sagt Benjamin Tillner, Teilprojektleiter Halbzeugentwicklung.
