Forschern gelingt Faserimprägnieren und Schäumen in einem Step

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Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der Rheinisch-Westf. TH Aachen

Ziel: Faservolumengehalt von 50 %

Ziel eines aktuellen Forschungsprojekts am IKV ist es deshalb, ein einstufiges Nasspressverfahren zu entwickeln, in dem man ein syntaktisches Schaumsystem, basierend auf Epoxidharz (EP) als Matrixwerkstoff und Mikrohohlkugeln als Treibmittel, verwendet. So gelingt die Schaumerzeugung prozessintegriert bei der Imprägnierung endlosfaserverstärkter Deckschichten mit einem angestrebten Faservolumengehalt von 50 % (Bild 1). Die als Deckschicht eingebrachten textilen Verstärkungshalbzeuge wirken dabei als Filter, sodass sie infolge des Drucks, den der Schaum bei seiner Expansion aufbaut, ausschließlich vom kompakten Epoxidharz ohne Mikrohohlkugeln durchströmt werden. Die Untersuchungen befassen sich mit der grundlegenden Charakterisierung und Analyse des Verarbeitungsverhaltens von reinen EP-Schaumstrukturen ohne Faserverstärkung, um die Ergebnisse später auf die Sandwichherstellung im Nasspressprozess zu übertragen.

Polymere Mikro-Hohlkugeln als Helfer

Für die Schaumerzeugung im Epoxidharz werden expandierende Mikrohohlkugeln verwendet [2], die aus einer flexiblen Polymerhülle, gefüllt mit einer bei niedrigen Temperaturen siedenden Flüssigkeit, bestehen. Steigt die Temperatur, wird die Polymerhülle weich, das Fluid im Inneren beginnt zu sieden und die Mikrohohlkugeln dehnen sich entsprechend stark aus. Bild 2 zeigt exemplarisch die Expansionsrate in Abhängigkeit der Temperatur einer Hohlkugel. Der Kurvenverlauf ist je nach Mikrohohlkugeltyp unterschiedlich, sodass geeignete Kugeltypen für das verwendete Epoxidharzsystem und das Fertigungsverfahren systematisch analysiert und ausgewählt werden müssen.

Um das Projektziel zu erreichen, wird ein spezielles Verfahrenskonzept untersucht (Bild 3). Dabei werden die bereits konfektionierten textilen Faserhalbzeuge mit der EP-Schaummasse in das geöffnete Nasspresswerkzeug eingelegt. Die Positionierung der Faserverstärkungen im Randbereich der Kavität erfolgt durch den Pressvorgang. Durch die flächig einsetzende Schäumreaktion des Epoxidharzgemisches wird die obere Verstärkungslage an die obere Werkzeugwand gedrückt. Nach der volumetrischen Füllung und dem Aufbau des Werkzeuginnendrucks werden die Deckschichten mit Epoxidharz imprägniert.

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