06.02.2012

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IKV: Umformen thermoplastischer faserverstärkter Kunststoffe

Das Thema "Umformen thermoplastischer faserverstärkter Kunststoffe" ist ein besonderes Highlight des diesjährigen IKV-Kolloquiums.

Thermoplastische endlosfaserverstärkte Kunststoffe (TP-FVK) sind aufgrund ihrer geringen Dichte und den guten mechanischen Eigenschaften ein hervorragender Leichtbauwerkstoff. Kurze Zykluszeiten im Bereich von ein bis zwei Minuten ermöglichen den Einsatz in der Mittel- und Großserie. Das immer größer werdende Anwendungsspektrum erfordert speziell angepasste Prozesse. Das Institut für Kunststofferarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen erforscht seit einigen Jahren bereits verschiedene Prozesse für die Umformung von TP-FVK.

Die am IKV entwickelte Doppel-Diaphragma-Umformtechnik (DDF) ist ein solches serientaugliches Verfahren zur Verarbeitung von TP-FVK. Die einfache Prozessführung und die große Flexibilität des Verfahrens kombiniert mit geringen Investitionskosten zeichnen das DDF-Verfahren aus. Ebene thermoplastische Prepregs (Organobleche) werden dabei zwischen zwei Silikonmembranen (Diaphragmen) eingelegt, in einer Heizstation (Infrarot- oder Kontaktheizung) erwärmt und anschließend in einer einseitigen Werkzeugkavität mittels Druckluft umgeformt. Mit dem DDF-Verfahren können sowohl Massenkunststoffe wie Polypropylen (PP) als auch technische Thermoplaste wie Polyamid (PA) verarbeitet werden. Durch die abnehmende Lebensdauer der Diaphragmen bei hohen Temperaturen ist die Verarbeitungstemperatur aber auf 250 °C begrenzt.

HTDF - eine Weiterentwicklung zur Doppel-Diaphragma-Umformtechnik
Zur Erweiterung dieses Einsatzbereichs wurde am IKV nun das Hochtemperatur-Diaphragma-Umformverfahren (HTDF) entwickelt. Es ermöglicht unter Beibehaltung der Vorteile der DDF-Technik auch die Verarbeitung technischer Thermoplaste wie PA6.6 und Polyphenylensulfid (PPS). Durch eine neue Prozessführung konnte die Dauer der thermischen Belastung der Diaphragmen um ca. 95 Prozent reduziert werden. Somit können im Umkehrschluss, bei gleicher Lebensdauer der Diaphragmen, auch höhere Verarbeitungstemperaturen realisiert werden. Der erweiterte Anwendungsbereich eröffnet dem Diaphragmaverfahren z.B. den Zugang zu Anwendungen in der Luftfahrt.

In einem weiteren Forschungsprojekt werden Strategien zur Inline-Imprägnierung untersucht. Da während der Heizphase mittels Kontakterwärmung auch Druck aufgebracht werden kann, lassen sich nicht nur vollständig imprägnierte Halbzeuge (Organobleche), sondern auch trockene Faserhalbzeuge verarbeiten. Diese können im Inline-Imprägnierprozess aus erster Wärme imprägniert und umgeformt werden. Die Inline-Imprägnierung bietet eine hohe Flexibilität bei der Materialauswahl, die das Verfahren für den Prototypenbau und für Kleinserien interessant macht, wodurch FVK-Verarbeiter diese attraktiven Werkstoffe ohne hohe Investitionskosten in ihr Portfolio aufnehmen können.

Beim 26. Internationalen Kunststofftechnischen Kolloquium am 7. und 8. März 2012 in Aachen wird das HTDF-Verfahren bei der Institutsbesichtigung im laufenden Betrieb vorgeführt.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

26. Int. Kunststofftechnisches Kolloquium, 7.-8. März 2012, Aachen