18/08/2014

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LZS: Neue Verfahren zur Herstellung duroplastischer Faser­verbund­bau­teile

Hochleistungsbauteile können zukünftig mit einfacher Maschinen- und Prozesstechnik sowie in extrem kurzen Zykluszeiten hergestellt werden. Möglich machen dies zwei innovative Fertigungsprozesse, diebIngenieure der Leichtbau-Zentrum Sachsen (LZS) GmbH entwickelt haben. Grundlage für diese Verfahren ist ein von New Era Materials (NEM) hergestelltes neuartiges, duroplastisches Matrixsystem mit thermoplastischen Verarbeitungseigenschaften. Die LZS GmbH stellt das unter dem Markennamen "A.S.SET" vertriebene Material und die Prozesse im Herbst 2014 im Rahmen der einschlägigen Fachmessen vor.

Die LZS GmbH hat in Zusammenarbeit mit dem polnischen Materialhersteller NEM zwei neuartige Verfahren entwickelt, welche die Herstellung hochbelasteter duroplastischer Bauteile revolutionieren sollen. Basis der innovativen 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 Variabilität der Eigenschaften und die einfache Verarbeitung der neuen Produkte.

Das A.S.SET-Powder 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 den Angaben zufolge insbesondere durch den Entfall aufwändiger Dosier- und Injektionstechnik aus, die bei heute etablierten Verfahren zur Verarbeitung von Reaktionsharzen erforderlich sei.

Die A.S.SET-SHEETS 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 hervorragende 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 besonders komplexer Bauteile zu ermöglichen.

Das RPM- und das TSF-Verfahren sollen sehr variabel hinsichtlich Materialien und Prozessführung sein, denn sie funktionieren laut LZS 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, seien in weiten Grenzen einstellbar. Durch spezielle Additive lassen sich demnach weitere Modifikationen vornehmen. So sei es beispielsweise möglich, das RPM-Pulver mit Farbpigmenten, Brandhemmern oder internem Trennmittel zu versehen.

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

RPM und TSF werden als hoch effiziente Verfahren beschrieben, 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 entfalle. Weitere Effizienzsteigerungen resultieren demnach aus der kurzen realisierbaren Zykluszeit sowie aus der Möglichkeit, Formwerkzeuge bei konstanter Temperatur zu betreiben.

In Summe würden die Verfahren Zeit, Anlagentechnik und wertvolle Energie sparen, so dass erstmals schon bei geringen Stückzahlen metallische Strukturbauteile durch Composite-Strukturen wirtschaftlich substituiert werden können. Damit werde der Weg frei für einen deutlich großflächigeren Einsatz von Composite-Werkstoffen.

Präsentation auf Fachmessen
Die LZS GmbH präsentiert das A.S.SET-Material und die zugehörigen Fertigungsprozesse im Herbst 2014 auf folgenden Fachmessen:

InnoTrans Berlin, 23.-26. September 2014, Halle 7.2b / Stand 200
Composites Europe Düsseldorf, 07.-09. Oktober 2014, Halle 8a, Product Demonstration Area
Kompozyt Expo Krakau, 20.-21. November 2014
Über das Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH (LZS)
Die Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH (LZS) wurde 2003 im Verbund der TU Dresden Aktiengesellschaft (TUDAG) gegründet und zählt sich heute zu den führenden Entwicklungspartnern auf dem Gebiet des Systemleichtbaus in Deutschland. In enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden und den mit der TU verbundenen Forschungseinrichtungen bündelt die LZS GmbH die Leichtbau-Kompetenzen im Raum Dresden. Im interdisziplinären Entwicklungsteam arbeiten über 60 Ingenieure und Techniker, welche Kompetenzen in den Bereichen Luftfahrt, Automobil- und Fahrzeugbau sowie Maschinen- und Anlagenbau vereinen. Das Leistungs-Portfolio reicht dabei von Konstruktion, Materialcharakterisierung, Struktur- und Prozess-Simulation, Prototypenherstellung über Prozessentwicklung und Strukturtests - bis hin zur Einführung der Technologien bei den Industriepartnern.

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