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Langfasern Spritzgießen

Spritzgieß-Direktverfahren für langfaserverstärkte Thermoplaste

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Langfasern mit speziellem Know-how verarbeiten spart Geld

Bei entsprechender Auslegung des verwendeten Werkzeuges fließen auch längere Fasern bis ins Formteil hinein, ohne durch Scherbelastungen zerstört zu werden. Zusätzlich ist das Einstellen der Faser/Matrix-Haftung und der resultierenden mechanischen Eigenschaften durch die Zugabe von Haftvermittlern sehr einfach möglich. Letztere werden wie ein Masterbatch in Anteilen zwischen 1 und 4 % dem Matrixpolymer zudosiert. Der Aufbau eines entsprechenden Material- und Verarbeitungs-Know-hows steigert nicht nur die Anwendungsmöglichkeiten, sondern senkt in erster Linie die Materialkosten im Vergleich zu vorgefertigten Granulaten.

In einem neuartigen Ansatz wurde im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit Arburg am SKZ ein Anlagenkonzept erarbeitet, um faserverstärkte Produkte mit einem neuen Direkt-Spritzgießverfahren (LF-D-IM) herzustellen (Bild 1): Diese Kombination aus einer neu entwickelten, zweiwelligen Seitenbeschickung mit einem Faserschneidwerk ermöglicht die Verwendung einer nur geringfügig modifizierten Standard-Spritzgießmaschine, um so beliebige Faserarten in frei wählbarem Anteil dem Prozess zuzuführen. Zusätzlich ist die Maschine auch nach den Modifikationen noch für Standardaufgaben nutzbar. Nachdem die Roving-Fasern (wählbare Länge zwischen 2 und 100 mm) geschnitten worden sind, werden diese direkt an eine Zweischneckeneinheit übergeben, die ihrerseits die Fasern definiert einer Verarbeitungsmaschine (Spritzgießmaschine) zuführt. Die Schnittfaserlänge und der Faservolumenstrom sind dabei an den Folgeprozess anpassbar.

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Diverse technische Hürden galt es zu meistern

Schwierigkeiten bereitete zunächst die Handhabung der erzeugten langen Schnittfasern, da diese nach dem Schneiden gewölleartige und nicht mehr rieselfähige Strukturen bildeten (Bild 2). Erfolgreiche Modifikationen ermöglichen es heute aber, auch diese Darbietungsformen zu handhaben, sodass keine Einschränkungen bei der Wahl des Faser/Matrix-Systems aufgrund des Schneidverhaltens der Glas- oder Carbonfasern bestehen. Generell kann diese Methode verwendet werden, um beliebige Schnittfasern zu fertigen und einer Kunststoffaufbereitungs- oder -verarbeitungsmaschine direkt zuzuführen. Die Firma Arburg zeigte vor einiger Zeit bereits erste Umsetzungen dieses Konzeptes mit der Herstellung eines Airbag-Gehäuses: Über das modifizierte Spritzgießaggregat erfolgte die Einarbeitung der Fasern zu dem Zeitpunkt, als das Matrixpolymer bereits vollständig geschmolzen war. Eine vollständige Integration der Peripheriegeräte in die Maschinensteuerung ermöglichte außerdem eine zentrale Zusammenfassung aller Parametereingaben, Überwachungsaufgaben und Dokumentationen.

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