AVK-Innovationspreis Großserienfertigung von Faserverbund-Bauteilen gewinnt!

Den AVK-Innovationspreis für ein nachhaltiges Fertigungsverfahren erhielt ein großserientaugliches T-RTM-Verfahren des Fraunhofer-ICT. Das steckt dahinter...

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Fraunhofer-Institut für Chem. Technologie, ICT

Der Leichtbau mit speziellen Werkstoffen soll Ressourcen sparen und Emissionen reduzieren. Auch Faserverbund-Werkstoffe gehören zu den Materialien, die das leisten können. Bisher gab es jedoch zwei gravierende Mängel: Composites mit üblicher duromerer Matrix waren zum einen nur recht aufwendig herstellbar – also teuer – und konnten zum anderen kaum in einen geschlossenen Wertstoffkreislauf eingebunden werden. Mit dem thermoplastischen Resin-Transfer-Molding (T-RTM) können immerhin recycelbare Composites hergestellt werden. Forschern am Fraunhofer-Institut für chemische Technologie ICT ist es nun auch gelungen, das T-RTM so zu optimieren, dass man damit Fasverbundbauteile im Großserienmaßstab herstellen kann – und zwar absolut prozesssicher. Damit haben sich die Wissenschaftler den AVK-Innovationspreis für dieses nachhaltige Fertigungsverfahren gesichert, der ihnen am 12. November 2020 verliehen wurde.

Die T-RTM-Verarbeitungsmodalitäten werden jetzt berechenbarer

Was haben die Experten dabei geschafft? Nun, nicht weniger, als die durch Feuchtigkeit induzierten problematischen Nebenreaktionen bei der T-RTM-Verarbeitung zu bestimmen, zu quantifizieren und damit umfänglich zu verstehen, heißt es. „Durch diese Berechenbarkeit ist es nun möglich, einerseits dem negativen Feuchtigkeitseinfluss gezielt entgegenzuwirken und andererseits den Prozess noch weiter zu optimieren“, erklärt der für das T-RTM-Verfahren verantwortliche Projektleiter Michael Wilhelm. So könne etwa mit dem neu entwickelten Simulationsmodell auch eine Vorhersage über die Fertigungsdauer getroffen werden. Und das Wissen führt zu kürzeren Zykluszeiten und dadurch zu mehr Produktionseffizienz bei gleichzeitig hoher Qualität und weniger Ausschuss, so Wilhelm.

Die Forscher wagten sogar noch mehr, wird im Zuge dessen betont, denn sie führte dem Prozess noch gezielt Wasser zu und waren durch die detaillierte Kenntnis der Nebenreaktionen in der Lage, dieses Mehr an Feuchtigkeit zu kompensieren, ohne die mechanischen Bauteileigenschaften negativ zu beeinflussen. Mit diesem Nachweis steht das getestete Verfahren bereit für den Einsatz in der Großserie, heißt es weiter.

Weiteres zu den Vorteilen thermoplastischer Verbundwerkstoffe:

Die reaktive Verarbeitung von Thermoplasten zeigt einige wesentliche Vorteile. Bereits bei der Herstellung bietet das Monomer ε-Caprolactam als Matrixwerkstoff einen erheblichen Kostenvorteil im Vergleich zu duromeren Harzen, die, wie gesagt, derzeit hauptsächlich für faserverstärkte Kunststoffe verwendet werden. Dadurch lassen sich die Gesamtherstellungskosten wesentlich senken. Auch nach dem Lebenszyklus der Bauteile entstehen bedeutende Vorteile: Bauteile mit thermoplastischer Matrix lassen sich im Vergleich zu solchen mit duromerer Matrix wesentlich leichter recyceln. Sie können zerkleinert, neu compoundiert und als glasfaserverstärktes Spritzgussmaterial wiederverwendet werden. Entsprechende Untersuchungen werden dazu aktuell am Fraunhofer-ICT durchgeführt.

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