Compound oder Composite? Fachtagungen geben Antwort

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Neuartige Hochleistungsmaterialien durch gezielte Kombinatorik

Die Werkstoffvielfalt unter der Oberfläche scheint dabei nahezu unbegrenzt. Dr. Jürgen Stebani, CEO der Polymaterials AG, benennt derzeit etwa 100 Polymere mit technischer Relevanz. Um zu neuen und optimierten Werkstoffen zu kommen, könnten diese im High-Throughput-Screening-Verfahren beliebig miteinander compoundiert werden. Eine Herausforderung ist es, die Kombinationen gezielt nach neuen Hochleistungsmaterialien zu suchen. Speziell hierfür wurde die HTC-Technologie entwickelt. Dieses System ermöglicht in kurzer Zeit die Erstellung umfangreicher Bibliotheken und das Screening der Compounds. „Auf diese Weise wurden schon viele neuartige Hochleistungskombinationen gefunden“, so Stebani. Die Faserverteilung und speziell die nach dem Fertigungsprozess vorliegenden Längen bei faserverstärkten Compounds sind wichtige Kriterien für die Bauteileigenschaften. Zahlreiche Forschungsarbeiten zeigen, dass hier der entscheidende Stellhebel für die spätere Bauteilfestigkeit liegt, so Dr. Andreas Spörrer , Neue Materialien Bayreuth GmbH. Eine Grundvoraussetzung für die sichere Auslegung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen, sei die Bestimmung der Faservorzugsorientierung, erläutert Johanna Fleckenstein vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit(LBF), wo eine entsprechende Charakterisierungs- und Modellierungsmethodik entwickelt wurde.

Einfache Compounds sind gut zu berechnen

Die Faserausrichtung spielt auch in der Finiten-Elemente-Methode (FEM) eine große Rolle, um lokale Werkstoffeigenschaften zielgenau beschreiben zu können. Die Berechnungsmöglichkeiten mittels FEM dienen der gezielten Auslegung von Compounds und Composites. „Die grundsätzliche Voraussetzung für eine Simulation ist immer eine konkrete Fragestellung“, so Stefan Merkle von der Merkle & Partner GbR. „Simulieren lässt sich vieles, aber die Aussagekraft hängt von der gewählten Frage ab“, so Merkle weiter. Die FEM ist für verschiedensten Arten von Compounds und Composites weit verbreitet. Insbesondere die statische Festigkeit kann für alle diese Materialien relativ gut berechnet werden. Beim Crashverhalten gibt es bei einfachen Compounds sehr gute Ergebnisse, wohingegen die Produktionssimulation und die Berechnung dynamischer Festigkeiten für Composites bisher nur schwer durchzuführen ist, konstatiert Merkle. Doch gerade eine Vorausschau auf den Fertigungsprozess ist essentiell, um „Überraschungen beim Gang in die „Hardware“ zu vermeiden, stellt Marco Bernsdorf CYTEC / Division Industrial Materials klar. Eine Kostensimulation der Composites-Fertigung sollte daher unbedingt durchgeführt werden. „Fertigungsdesign und fertigungsgerechte Materialien sind der Schlüssel zum erfolgreichen CFK-Einsatz“, so Bernsdorf. Die Vorteile von Compositematerialien sieht Dr. Winfried Schmidt, Oechsler AG, im hohen Leichtbaupotenzial, insbesondere bei eher flächigen und relativ großen Bauteilen. Die Entwicklung von Compounds ist eher getrieben vom Wunsch nach speziellen Eigenschaften, wie beispielsweise der Magnetisierbarkeit oder einer thermischen Leitfähigkeit. Compounds und Composite sind kombiniert ein Weg zu einem gemeinsamen Ziel, resümierte Schmidt.

Der Bedingungsleichtbau aus den Spannungsfeldern Material, Form und Prozess ist das Konzept, damit ein Leichtbauprodukt verkauft werden kann. Die Prozessintegration von Umformen, Fügen, Trennen sowie die Funktionsintegration führen dabei zur Großserientauglichkeit, betont Dr. Markus Schuck, HBW- Gubesch Thermoforming GmbH. Zu bedenken bleibt jedoch, dass eine Integralbauweise immer Nachteile bei Wartung, Reparatur und Austausch nach sich zieht.

Beide Werkstoffklassen leisten heute Schrittmacherarbeit

In beiden Werkstoffbereichen gilt unbestritten, dass Fertigungsverfahren und Möglichkeiten der Automation mit ausschlaggebend für die Entscheidung für oder wider einen Werkstoff sind. Die integrierte Compoundierung im Spritzgussprozess ist dabei eine optimale Lösung für individualisierte Produkte bei trotzdem hoher Stückzahl. Auch Prozesse zur automatisierten Erzeugung von Sandwich- oder Hohlmaterialien sind von hohem Interesse, da der Eigenschaftsgewinn im Vergleich zum Vollmaterial sehr groß ist. Auch sind die Fertigungsprozesse zur Bauteilfertigung aus Organoblechen heute sehr ausgereift und die Bauteilqualitäten sind hervorragend, wie Martin Würtele, Krauss-Maffei Technologies GmbH, im Vorgriff auf das zweite Forum am 14. November darstellt. Prof. Dr. Rudolf Stauber, Fraunhofer IWKS und Cluster Sprecher des CNW, fasst zusammen, dass Compounds und Composites heute einen wichtigen Schrittmacherdienst für den Leichtbau leisten. Maßgeschneiderte Werkstoffe erschließen vielfältig neue Anwendungen in den Bereichen Automobil, Luft und Raumfahrt, Medizintechnik, sowie bei Funktionselementen. Insbesondere die Bauteilsimulation und innovative Verarbeitungsverfahren sichern nachhaltig die Wettbewerbsfähigkeit in der Prozesskette Kunststoff, in der Großindustrie sowie für KMUs, so Stauber. Gespannt sein darf man auf die zweite Veranstaltung des Treffpunkt Kunststoff 2013 zu „Compounds und Composites – Fertigungsverfahren und Automatisierung“ am 14. November 2013 in Bamberg. Hans Rausch, KNF und Dr. Marcus Seitz, CNW, stellen hochkarätige Referenten und spannende Themen in Aussicht.

Weitere Informationen: Kunststoff-Netzwerk-Franken e. V. (KNF) in 95448 Bayreuth, Tel. (09 21) 5 07 36-3 08, info@kunststoff-netzwerk-franken.de, www.kunststoff-netzwerk-franken.de ■

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