GFK-Sandwichprofile in einem Schritt fertigen

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Schages GmbH & Co.KG

SCIO Automation GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

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

Vorteile durch Sandwichbauweise und Polyurethanmatrix

Die mechanischen Eigenschaften von FVK-Profilen sowie die thermische und akustische Isolationsfähigkeit lassen sich verbessern, indem sie mit kompakten, faserverstärkten Deckschichten und einem geschäumten Kern gefertigt werden. Bisher werden solche Profile meist mehrstufig hergestellt. Dazu werden entweder vorkonfektionierte Schaumhalbzeuge in den Pultrusionsprozess eingezogen oder kontinuierlich hergestellte Hohlprofile nachträglich diskontinuierlich ausgeschäumt [1, 2].

Polyurethan (PUR) als duroplastisches Matrixmaterial bietet durch seine Fähigkeit, mit Wasser als Treibmittel aufzuschäumen, das Potenzial, Sandwichprofile mittels einstufigen Prozess zu fertigen. Zusätzlich kann PUR infolge seiner hohen Reaktivität relativ schnell aushärten.

PUR-Matrix haftet sehr gut auf Fasern

Bei der Pultrusion kompakter Profile (35 mm × 20 mm) auf der Laborpultrusionsanlage des IKV (Typ P500 der Pultrex Ltd.) konnte die Abzugsgeschwindigkeit von 0,3 m/min (bei Epoxidharz) auf 1,8 m/min (Zweikomponenten-PUR) erhöht werden [3]. Im Bauteil erreicht PUR aufgrund seiner hervorragenden Haftung zur Faser gute mechanische Eigenschaften sowie ein gutmütiges Ermüdungsverhalten. Die exzellenten mechanischen Kennwerte pultrudierter FVK mit PUR-Matrix sowie die vergleichsweise hohe Produktivität wurden durch weitere Untersuchungen bestätigt [4, 5, 6].

Deshalb wurde am IKV ein integrierter Sandwich-Pultrusionsprozess entwickelt. Er erlaubt sowohl die Fertigung universeller Sandwichprofile (rechteckiger Querschnitt) als auch komplexer Profile mit integrierten Funktionselementen.

Überwundene Hürden bei der Werkzeugentwicklung

Die zentrale Herausforderung bei der Umsetzung des Sandwich-Pultrusionsprozesses war die Entwicklung einer neuartigen Werkzeugtechnik, die die simultane Ausbildung faserverstärkter Deckschichten und eines geschäumten Kerns ermöglicht [7]. Dafür wurde eine mehrteilige Injektionsbox konstruiert, deren Funktionsprinzip das Bild 4 zeigt.

Die Injektionsbox wird aus einem Ober- und Unterteil sowie einem mittigen Verdrängerkörper gebildet, der eine Hohlprofilherstellung ermöglicht. Um den Verdrängerkörper herum verläuft eine ringförmige Kavität, in die kompaktes PUR eindosiert wird. Die Ringkavität sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des PUR und für die sichere Imprägnierung der Rovings.

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