Spaltimprägnieren FVK-Bauteilfertigung in wenigen Minuten

Das Spaltimprägnieren ermöglicht die Herstellung flächiger FVK-Bauteile mit hohem Faservolumengehalt in kurzen Zykluszeiten. Aufgrund der schnellen Harzinjektion und Imprägnierung dauert es weniger als fünf Minuten. Hochreaktive Harzsysteme versprechen weitere Einsparungen.

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Treston Deutschland GmbH

JESSBERGER GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

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

Für die Herstellung von flächigen Bauteilen aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen (FVK) mit hohem Faservolumengehalt bieten Flüssigimprägnierverfahren ein hohes Potenzial zur wirtschaftlichen Bauteilfertigung. Hierbei wird ein endkonturnahes trockenes Faserhalbzeug – ein sogenannter Preform – mit einem flüssigen Harzsystem imprägniert und unter Wärmeeinwirkung ausgehärtet. Im Vergleich zur Prepregverarbeitung, bei der die Faserhalbzeuge vorimprägniert sind und unter Wärmeeinwirkung ausgehärtet werden, können günstigere Halbzeuge aufgrund der nicht benötigten klimatisierten Lagerung verwendet werden. Gängige Flüssigimprägnierverfahren sind das Harzinfusionsverfahren (Resin Infusion, RI) und das Harzinjektionsverfahren (Resin Transfer Moulding, RTM).

Kombination der Vorteile gängiger Flüssigimprägnierverfahren

Zur Realisierung einer Serienproduktion für hochwertige FVK-Bauteile mit großen Stückzahlen ist ein automatisierbarer, robuster und reproduzierbarer Herstellungsprozess unumgänglich.

Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen wurde dazu das Spaltimprägnierverfahren entwickelt. Innerhalb der Forschergruppe 860 „Neue Prozessketten für endlosfaserverstärkte Kunststoffe – Integration von Preformen, Imprägnieren, Formen und Vernetzen“ erfolgte dessen Weiterentwicklung hin zum Großserienprozess. Beim Spaltimprägnierverfahren handelt es sich um ein RTM-ähnliches Verfahren, bei dem sich durch eine spezielle Werkzeugtechnik und Prozessführung die Vorteile des Harzinjektionsverfahrens (hohe Automatisierbarkeit, allseitig hohe Oberflächengüten, enge Fertigungstoleranzen) und des Harzinfusionsverfahrens (schnelle, flächige Verteilung des Harzsystems, Imprägnierung des Preforms in Dickenrichtung) kombinieren lassen.

Zunächst wird in die Kavität der Unterform ein Preform eingelegt, die Kavität verschlossen und ein definierter Fließspalt über dem Preform in der Werkzeugkavität erzeugt. Aufgrund des Fließspalts wird der Preform dekomprimiert, wodurch die Porosität und somit die Permeabilität steigt. Beides trägt zur Verbesserung der Imprägnierung bei. Nach der Evakuierung der Kavität wird eine definierte Menge des Harzsystems in den Fließspalt geleitet und verteilt sich flächig über dem Preform. Die eigentliche Imprägnierung des Preforms erfolgt dann in Dickenrichtung. Um eine gleichmäßige und schnelle Injektion des Harzsystems und eine optimale Abfuhr von Luftblasen zu realisieren, wird das Werkzeug in eine Schrägstellung gebracht und so positioniert, dass die Fließrichtung des Harzsystems entgegen der Schwerkraft orientiert ist.

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Nach der Einleitung der definierten Harzmenge in die Kavität wird der Anguss verschlossen. Danach schließt sich der Fließspalt durch eine Walkbewegung der Oberform, erst im unteren Bereich und dann im oberen Bereich. Das Harzsystem wird durch die Walkbewegung im Fließspalt in Richtung Absaugung verdrängt und imprägniert so die noch trockenen Bereiche des Preforms. Im letzten Schritt wird die Absaugung verschlossen. Flächiger Nachdruck kann somit auf das Bauteil aufgebracht werden. Das Bauteil lässt sich auf den angestrebten Faservolumengehalt komprimieren.

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