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Thermoplastische Composites Reaktivaggregat begrüßt kompakteres Geschwisterlein

Redakteur: Peter Königsreuther

Engel Austria bietet das sogenannte Reaktivaggregat zur In-situ-Polymerisation jetzt auch in einer kleineren Version an. Außerdem könnten sich Anwender auf diverse Verbesserungen freuen.

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Mit diesem Reaktivaggregat gibt Engel den Kunststoffverarbeitern ein neues System an die Hand, mit dem sie sich die In-situ-Polymerisation für die Herstellung faserverstärkter, thermoplastischer Kunststoffbauteile auf Polyamidbasis besonders kompakt ins Haus holen können.
Mit diesem Reaktivaggregat gibt Engel den Kunststoffverarbeitern ein neues System an die Hand, mit dem sie sich die In-situ-Polymerisation für die Herstellung faserverstärkter, thermoplastischer Kunststoffbauteile auf Polyamidbasis besonders kompakt ins Haus holen können.
(Bild: Engel Austria)

Kurz vorab: Die In-situ-Polymerisation hilft allen, die faserverstärkte Kunststoffbauteile mit thermoplastischer Polyamid-Matrix herstellen wollen. Ausgehend von trockenen Verstärkungstextilien, erklärt Engel, können Polymerisation und Formgebung so vereint werden, was in der Serienproduktion, zum Beispiel mit Blick auf die Automobilindustrie, automatisierte und damit besonders effiziente Prozesse erlaubt. Entscheidend für die Verarbeitungseffizienz und Produktqualität sei das von Engel gezielt für das Aufbereiten und Einspritzen von ε-Caprolactam entwickelte Reaktivaggregat.

Längere Fließwege und höherer Fasergehalt machbar

Zwei Baugrößen des Reaktivaggregats kann Engel nun anbieten, um ein noch breiteres Einsatzspektrum abdecken zu können, wie es weiter heißt. Die Anwender will man dabei in Sachen Produkt- und Prozessentwicklung über das Scale-up bis zum Serienprozess durchgehend unterstützen. Das neue kleinere Reaktivaggregat ist für ein Matrixvolumen von 10 bis 600 cm³ konzipiert und bietet damit vor allem in Technikumsanlagen viel Flexibilität, wenn es etwa um die Fertigung von Testbauteilen, Prüfkörpern und Bauteilen bis zu einem Gewicht von 1,5 kg geht, so Engel. Das zweite, größere Aggregat verarbeitet dann schon 1500 cm³. Doch gilt auch das „größere“ noch als vergleichsweise platzsparend, wie Engel anmerkt. integrieren die komplette Medienversorgung und reduzieren damit die für die Gesamtanlage benötigte Stellfläche.

Genauer gesagt, werden bei der In-situ-Polymerisation, dem thermoplastischen RTM-Verfahren, vorgeformte, trockene Faserpreforms direkt in der Werkzeugkavität mit der reaktiven Matrix infiltriert. Wegen der niedrigen Viskosität der Ausgangssubstanz ε-Caprolactam im aufgeschmolzenen Zustand lassen sich die trockenen Fasern sehr gut benetzen. Im Vergleich zum duroplastverarbeitenden RTM sind deshalb auch längere Fließwege und ein höherer Fasergehalt möglich, erkärt Engel. So bilde sich beim Polymerisieren des ε-Caprolactams zu Polyamid 6 (PA 6) ein besonders stark belastbarer Verbund, der sich unmittelbar nach seiner Herstellung im selben Prozess im Spritzguss funktionalisieren ließe.

Materialschonend und -sparend

Was das Einspritzen der Reaktivkomponenten betrifft, so haben sich laut Engel servoelektrisch angetriebene Injektionskolben bewährt. Das benötigte Einspritzvolumen kann mit ihnen besonders präzise eingestellt werden und sie erlauben das absolut synchrone Einspritzen der beiden Komponenten, wie Engel sagt. Auf die bei Reaktivanlagen übliche Rezirkulation werde bewusst verzichtet: Es wird nur so viel Monomer aufgeschmolzen, wie unmittelbar verarbeitet wird, heißt es. Die Reaktivkomponenten haben somit eine besonders kurze Verweilzeit in der Anlage und unterliegen keiner Verweilzeitstreuung. Eine thermische Schädigung des Materials wird dadurch unterbunden, was das Material letztendlich schont.

Vorteile und nützlichen Innovationen

Ein weiterer Vorteil des Anlagenkonzepts von Engel komme dann zum Tragen, wenn im Versuchs- und Technikumsbetrieb ein häufiger Rezeptur- und Chargenwechseln geschehen muss, denn verbleibendes Restmaterial kann schnell aus der Anlage entfernt werden, ohne dass die Anlage gespült werden muss, wie Engel erklärt.

Neu sind auch magnetgekuppelte Förderschnecken für die Zuführung der festen Reaktivkomponenten. Sie sorgen für einen prozesssicheren Einzug der Feststoffe, heißt es dazu. Die Magnetkupplungen arbeiten außerdem berührungslos und ermöglichen zur effizienten Evakuierung der kompletten Materialzuführung das verschleißteilfreie Abdichten, so Engel.

Der Feststoff werde innerhalb der vom Anwender gewählten Grenzen kontinuierlich und weitestgehend unabhängig vom Einspritzvorgang zu dosiert und aufgeschmolzen. Bis auf den Moment der Materialaufgabe bleiben die Feststoffbevorratung und -förderung von der darunterliegenden Aufschmelzzone thermisch und räumlich strikt getrennt, betont der Hersteller. Auch während des Nachfüllens von Material in die Vorratsbehälter werde das anliegende Vakuum über dem aufgeschmolzenen Material aufrechterhalten, was sowohl die Prozesssicherheit als auch die Produktqualität weiter steigert.

Anwendungsflexibel nicht nur für Compositehersteller

Das Reaktivaggregat von Engel lässt sich in beiden Baugrößen mit Engel-Spritzgießmaschinen aller Baureihen kombinieren, heißt es weiter. Spritzgießmaschinen mit CC300-Steuerung könnten nachgerüstet werden. Die vollständige Steuerungsintegration stellt sicher, dass der Gesamtprozess zentral am Maschinendisplay kontrolliert werden kann. Optional ließe sich das Reaktivaggregat mit einer eigenen CC300-Steuerung auch als Stand-alone-System betreiben.

Das Einsatzspektrum der In-situ-Polymerisation reicht von kleinen Bauteilen mit dünnen Wanddicken bis zu großflächigen hochbelasteten Strukturbauteilen im automobilen Leichtbau, in der Automobilelektronik, im technischen Spritzguss und im Sportgerätebau, zählen die Österreicher auf. Beim Umspritzen von Metalleinlegern oder Kabeln in sehr kleinen Strukturen könne die In-situ-Polymerisation auch ohne Faserverstärkung im Vergleich zu anderen Verfahren viele Vorteile ins Feld führen.

Erste Anlagen stehen für Praxistets bereit...

Durch den Trend zu thermoplastischen Composites rücke die Technologie verstärkt in den Fokus der Leichtbauentwickler. Die durchgehend thermoplastische Materialbasis steigert die Effizienz der Verarbeitungsprozesse und bereitet darüber hinaus einem Recycling von Compositebauteilen den Weg, wie Engel informiert. Mit der In-situ-Polymerisation und der Organomelt-Technologie hat der Systemanbieter schon zwei serienreife Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Compositebauteilen im Programm.

Im Engel-Technologiezentrum für Leichtbau-Composites in Österreich steht das neue Reaktivaggregat für Kundenversuche nun bereit. Engel arbeitet dort gemeinsam mit der Johannes Kepler Universität in Linz, Österreich, und dem Werkzeugbauunternehmen Schöfer kontinuierlich an der weiteren Entwicklung des In-situ-Polymerisationsverfahrens, heißt es.

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