Composites Wiederentdeckte Transferbeschichtung optimiert Faserverbundbauteile

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RWTH Aachen Lehrstuhl für Textilmaschinenbau und Institut für Textiltechnik (ITA

Forscher aus Aachen haben die sogenannte Transferbeschichtung aus dem Dornröschenschlaf geweckt. Damit sparen sie bei faserverstärkten Kunststoffteilen Gewicht und unterstützen die Recycelbarkeit.

Im Rahmen des Projekts „FreePreg“ wurde am Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen eine Prozesskette für Faserverbundkunststoffe (FVK) entwickelt, mit der materialeffiziente Verstärkungstextilien (sogenannte Preforms) in Serie hergestellt und anschließend beschichtet werden können. Damit ist erstmals die Kombination von maßgeschneiderten Preforms unter Einsatz von vorimprägnierten Halbzeugen (sogenannten Prepregs) möglich.

Die Kerntechnologien in der Prozesskette sind das Tailored Fibre Placement (TFP) und die wiederentdeckte Transferbeschichtung. Das TFP-Verfahren ist ein Stickverfahren bei dem Fasern kraftflussgerecht und endkonturnah fixiert werden können. Dabei lassen sich Verschnittraten von unter 5 Prozent erreichen, wodurch das Verfahren als sehr materialeffizient einzustufen ist. Die Umsetzung eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens ermöglicht dabei die wirtschaftliche Umsetzung eines Beschichtungsprozesses.

Lokalverstärkungen optimieren Prepreg-Bauteile

Prepregs kommen dann zum Einsatz, wenn an bestimmten Sektoren eines Bauteils eine besonders hohe Performance gefordert wird. Sie zeichnen sich durch einen hohen Faservolumengehalt und verkürzte Prozessketten aus. Allerdings ist die Verfügbarkeit vorimprägnierter Halbzeuge auf Textilien begrenzt, die eine definierte Ausrichtung der Fasern vorzeigen, wie etwa Gewebe. Maßgeschneiderte vorimprägnierte Preforms, die mit den weit verbreiteten Prepregs kombiniert werden könnten sind nicht verfügbar. Deshalb hat sich das Team aus Wissenschaftlern des ITA nebst Partnern aus der Industrie das Ziel gesetzt, eine Prozesskette zu entwickeln, die den Einsatz von vorimprägnierten TFP-Preforms in Kombination mit Prepregs ermöglicht.

Der Ansatz basiert auf der Verwendung von Vliesstoffen, die aus recycelten Carbonfasern hergestellt werden. Der Vliesstoff kann sowohl als Trägersubstrat für den TFP-Prozess als auch für den Beschichtungsprozess eingesetzt werden. Der Vorteil beim Rolle-zu-Rolle Verfahren liegt in der kontinuierlichen und selektiven Beschichtung. Dabei wird ein dünner Harzfilm in einem neu konzipierten Kiss Coating Prozess auf die Preforms, die sich auf der Vliesrolle befinden, aufgetragen. Der Prozess kann dabei so eingestellt werden, dass unbeschichtete Stellen im Vliesstoff aus dem gesamten Preforms ausgeschnitten und danach recycelt werden können.

Die Analyse der Verteilung der kontinuierlichen Beschichtung am Demonstratorbauteil haben gezeigt, dass der aufgestickte Preform großflächig imprägniert ist. Kleinere Fehlstellen befinden sich konzentriert repetitiv an unkritischen Stellen, wie den Rändern des Vlieses und können durch weitere Anpassungen der Prozessparameter wahrscheinlich vermieden werden. Höhenunterschiede zwischen dem Vlies und den aufgestickten Faserbündeln sind neben der Spannungsverteilung im zu beschichtendem Halbzeug der Grund für diese Fehlstellen. Die Fehlstellen sind außerdem von der Prozessrichtung abhängig. Die Höhe des Harzfilmauftrages bestimmt darüber hinaus, wie sehr der Vliesstoff über die Preformgeometrie hinaus imprägniert wird. Diese Überlappung ist von der Produktionsrichtung und der aufzutragenden Harzmenge abhängig.

In Bild 3 ist rechts beispielhaft die Verteilung des Beschichtungsauftrags an definierten Lokalverstärkungen für zwei Versuchsreihen zur Beschichtung des Demonstratorbauteils dargestellt. Die graphische Darstellung der Verteilung erfolgte durch die links in Bild 3 zu sehende Bildanalyse jeder einzelnen Beschichtung auf dem Demonstratorbauteil.

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