Direktverarbeitung Spritzgießen von CFK-Bauteilen ohne Umweg über Organobleche

Redakteur: Josef-Martin Kraus

Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts wurde eine Prozesstechnik für die Direktverarbeitung trockener Faserhalbzeuge zu Leichtbauteilen auf konventionellen Spritzgießmaschinen entwickelt. Der Lösung ergab sich aus der Nutzung der Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff als elektrische Heizelemente.

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Das trockene, biegeschlaffe Gelege aus Kohlenstofffasern wird ins Werkzeug einer Spritzgießmaschine gelegt.
Das trockene, biegeschlaffe Gelege aus Kohlenstofffasern wird ins Werkzeug einer Spritzgießmaschine gelegt.
(Bild: Neue Materialien Fürth)

Bislang ist das direkte Spritzgießen gelege- oder gewebeverstärkter Bauteile an der vergleichsweise hohen Viskosität von Thermoplasten gescheitert, weshalb bis heute nur der Umweg über vorkonsolidierte Halbzeuge (Organobleche) blieb.

Im Gegensatz zur Bauteilherstellung über Organobleche findet nicht nur das Aufschmelzen und Wiedererstarren der thermoplastischen Matrix (Konsolidierung) sowie das Anspritzen von Funktionselementen im Spritzgießwerkzeug statt, sondern auch die Imprägnierung der Einzelfilamente mit dem Thermoplast (IMI:= In-Mould-Impregnation). Partner des Gemeinschaftsprojekts sind der Werkzeugbauer Siebenwurst, der Thermoformer HBW-Gubesch, der Textilmaschinenhersteller Liba, die Forschungseinrichtung Neue Materialien Fürth und der Lehrstuhl Kunststofftechnik der Universität Erlangen-Nürnberg

Nur das trockene Faserhalbzeug wird aktiv beheizt

Kerninnovation ist die Nutzung der zu imprägnierenden Kohlenstofffasern selbst als elektrische Widerstandsheizelemente während der Verarbeitung im Spritzgießwerkzeug. Aufgrund dieser konduktiven Beheizung lässt sich das Faserhalbzeug höchst energieeffizient und in wenigen Sekunden auf Verarbeitungstemperatur bringen und während des Imprägnierens auf Verarbeitungstemperatur halten. So werden die erforderlichen thermischen Bedingungen für die Faserimprägnierung mit dem Thermoplast geschaffen.

Die Wärme entsteht direkt dort, wo sie benötigt wird. Im Gegensatz zu einer variothermen Werkzeugtemperierung wird nur das zu imprägnierende Faserhalbzeug aktiv beheizt. Das bietet nicht nur aus energetischer, sondern auch aus zeitlicher Sicht erhebliche Vorteile. Das Gemeinschaftsprojekt wurde finanziell vom bayerischen Wirtschaftsministerium unterstützt. Projektträger ist das Forschungszentrum Jülich (PTJ-0711-0012).

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