Geschlossene Hutprofile aus FVK kontinuierlich herstellbar

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

GGB Heilbronn GmbH

Treston Deutschland GmbH

Jedoch muss zusätzlich zur Imprägnierung die Polymerisation abgeschlossen sein, bevor das Laminat in die Kühlzone einläuft. Die Polymerisation zum thermoplastischen Kunststoff PBT lässt sich nur durch sensitive Temperaturführung über die gesamte Werkzeugoberfläche hinweg erreichen.

Das komplette Werkzeug zum Imgränieren, Polymerisieren und Konsolidieren sowie zum Abkühlen und Verfestigen besteht aus drei Einzelteilen: Das Oberwerkzeug bildet das ebene Schließblech ab. Das Unterwerkzeug erzeugt die äußere Geometrie des Hutprofils. Ein schwimmender Kern ist für die Form des Hohlraums verantwortlich.

Fügezone von Profil und Schließblech zeigt beim Test keine Schwächen

Die Temperierung des Ober- und Unterwerkzeugs erfolgt dabei mit hinreichender Genauigkeit über die Heiz- und Kühlplatten der Intervallheißpresse. Dagegen ist der Kern mit separaten Heiz- und Kühlelementen versehen, um die vollständige Imprägnierung und Umwandlung zu garantieren.

Zudem beeinflusst die Temperaturverteilung auf der Kernoberfäche die Abzugskräfte entscheidend. Grund dafür ist ihr starker Einfluss auf die Haftung des Matrixwerkstoffs am Kern. In weiterführenden Entwicklungen wurde die einstufige Fertigung geschlossener Hutprofile auf die Verwendung des nicht reaktiven thermoplastischen Matrixwerkstoffs Polypropylen mit Glasfasern (Twintex) erweitert.

Zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit der hergestellten Hohlprofile wurde ein dynamischer Crashtest auf einer horizontalen Crashanlage der IVW GmbH durchgeführt. Bei dieser Prüfung lag der Fokus insbesondere auf der Integrität der Fügezone von Schließblech und Hutprofil. Das Gesamtgewicht des Testschlittens betrug 63,17 kg und die Schlittengeschwindigkeit 4,8 m/s, sodass sich eine Impaktenergie von 790 J ergab. Diese Prüfung verdeutlicht sehr anschaulich, dass die Fügezone des geschlossenen Hutprofils keine Schwachstelle des in einem Prozessschritt hergestellten Halbzeugs aus Faserverbundwerkstoff mit thermoplastischer Matrix ist.

Bei naturfaserverstärktem Duroplast muss Feuchtigkeit reguliert werden

In weiteren Arbeiten wurde am IVW die Herstellung von geschlossenen Profilen aus naturfaserverstärkten Kunststoffen untersucht. Bei dem dabei verwendeten Material handelte es sich um das duroplastische Prepreg Nafacryl der J. Dittrich & Söhne Vliesstoffwerk GmbH, Ramstein-Miesenbach. Es besteht aus Naturfaservliesen, die mit Acrylharzmatrix vorimprägniert sind. Die Fasern und Faserbündel des daraus entstehenden Verbundwerkstoffs sind weitgehend zufällig in der Plattenebene orientiert. Das Harz härtet in einer Kondensationsreaktion aus und das dabei entstehende Wasser und die Feuchtigkeit der Fasern entweichen als Dampf, während das Werkzeug in dem schrittweise ablaufenden Pressprozess geöffnet ist.

Würde der Dampf im Verbundwerkstoff verbleiben, wären Delaminationen durch den im Verbundinneren aufgebauten Druck die Folge. Daher unterstützt der schrittweise Pressprozess den Abbau des Dampfdrucks während der Umformung von Naturfaserverbunden mit Kondensationsharzen in idealer Weise.

Allerdings wird ein definierter Feuchtegehalt im Naturfaservlies benötigt, um die erforderliche Drapierfähigkeit bei komplexen Geometrien zu erzielen. Deshalb ist die Intervallheißpresse auch die geeignete Maschine für Bauteile und Profilhalbzeuge aus Naturfaserverbundwerkstoffen mit komplexer Geometrie.

Literatur

• [1] Gardiner, G.: Aerospacegrade – Compression Molding. High-Performance Composites 7/2010, S. 34–40.

* Prof. Dr.-Ing. Peter Mitschang ist technisch-wissenschaftlicher Direktor an der Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW) an der Universität Kaiserslautern. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Marcel Christmann und Dipl.-Holzwirt Michael Bierer sind wissenschaftliche Mitarbeiter am IVW. Dr.-Ing. Markus Steeg ist Geschäftsführer der Technical Aspects in Sailing GmbH in Budenheim

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