02.02.2016

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Leichtbau durch langfaserverstärkte Thermoplaste - Variotherme Werkzeugtechnik beim LFT-Fließpressen und integrative Festigkeitsanaly­se für LFT-Spritzgießbauteile

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen erforscht die Verarbeitung langfaserverstärkter Thermoplaste (LFT) mittels des Fließpressverfahrens und des Spritzgießens.

LFT werden bereits wirtschaftlich im Fließpressverfahren zur Herstellung von faserverstärkten Leichtbauteilen verarbeitet. Die niedrige Temperatur des Presswerkzeugs bei der Verarbeitung führt jedoch zu einer deutlichen Zunahme der Materialviskosität und des Presskraftbedarfs. Dies gilt insbesondere für dünnwandige Bauteile. Ein weiteres Problem sind Einfriereffekte und Faserabzeichnungen an der Bauteiloberfläche, so dass diese Bauteile bisher nicht im Sichtbereich eingesetzt werden.

Das IKV hat nun eine variotherme Werkzeugtechnik entwickelt, die eine kurzzeitige dynamische Erhöhung der Werkzeugtemperatur vor dem Füllvorgang ermöglicht. Dadurch lässt sich die Viskosität der Pressmasse verringern. Zudem werden damit der Presskraftbedarf und folglich die Anlagenkosten reduziert. Und es können Pressmassen mit höheren Fasergehalten verarbeitet werden, was die mechanischen Eigenschaften signifikant steigert. Die Oberflächenqualität der LFT-Pressbauteile wird ebenfalls deutlich verbessert. Dies ermöglicht die Erschließung neuer Anwendungen speziell im Automobilbereich.

Um auch beim Spritzgießen neue Anwendungen zu erschließen, ist die Verfügbarkeit zuverlässiger Berechnungsverfahren eine der Grundvoraussetzungen. Bereits verfügbare integrative Berechnungsverfahren für kurzfaserverstärkte Werkstoffe lassen sich dabei nur eingeschränkt für die Berechnung von LFT anwenden. Zur Auslegung spritzgegossener LFT-Bauteile hat das IKV daher eine neuartige Berechnungsmethode entwickelt, die sowohl die lokalen Faserorientierungen als auch die für langfaserverstärkte Werkstoffe charakteristische Faserlängenverteilung berücksichtigt.

Mit dieser integrativen Berechnungsmethode werden zunächst die Faserorientierungen in einem Bauteil durch eine strömungsmechanische Füllsimulation berechnet und anschließend über eine speziell für diese Berechnungsmethode entwickelte Schnittstelle in die strukturmechanische FE-Simulation übertragen. Eine Faserlängenverteilung wird experimentell ermittelt und anschließend ebenfalls in der strukturmechanischen Simulation berücksichtigt. Durch das eigens entwickelte Materialmodell lässt sich so das Werkstoffverhalten von LFT bei quasistatischer Belastung bis zum Versagen beschreiben. Auf diese Weise kann eine deutlich genauere Auslegung von LFT-Bauteilen als mit bisherigen Auslegungsmethoden erzielt werden.

Diese Verfahren werden auf dem 28. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik unter dem Programmpunkt IKV 360° an der laufenden Anlage präsentiert.

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

28. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 24.-25.02.2016, Aachen

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