Neues Verbundprojekt: Werkstoff- und Fließmodelle für naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den praktischen Einsatz in der Automobilindustrie

In den letzen Jahren ist das Interesse an nachwachsenden Werkstoffen im Automobilbau stark gestiegen. Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) sind eine attraktive Lösung, weil sie interessante mechanische Eigenschaften aufweisen und auf nachwachsenden Rohstoffen basieren.

Ein maßgebliches Hemmnis für die großvolumige Anwendung ist die Anforderung im Automobilentwicklungsprozess, dass grundsätzlich jedes Bauteil berechenbar sein muss; das heißt jedes Bauteil muss den durchgehenden rechnerischen Nachweis der Produktionssicherheit und der Funktionserfüllung mit Hilfe der numerischen Simulation erbringen. Diese Prozedur ist in der Automobilindustrie fest etabliert, um heutigen Entwicklungszeiten gerecht zu werden.

Das nun durch ein Konsortium um das Ford Forschungszentrum begonnene Projekt soll diese Lücke für spritzgießbare naturfaserverstärkte Kunststoffe schließen. Ziel ist es, innerhalb der Projektlaufzeit von 3 Jahren ein Serienteil aus NFK mit allen heute verfügbaren Simulationsmethoden komplett durchzurechnen und somit den Nachweis der Verwendbarkeit in der Serie zu erbringen. Gleichzeitig sollen für möglichst viele unterschiedliche NF Compounds die grundlegenden Simulationsparameter ermittelt werden, damit die gefundenen Ergebnisse in Zukunft breit angewendet werden können. Dadurch erlangen die betrachteten naturfaserverstärkte Kunststoffe den gleichen Status bei derWerkstoffauswahl wie bereits etablierte klassische Kunststoffe. Für die mechanische Berechnung soll dabei die wichtige Simulation des Crash-Verhaltens (auch in der Gesamtfahrzeugsimulation) als Schwerpunkt betrachtet werden.

Zur Erreichung dieses Ziels muss der gesamte Prozess betrachtet werden:

Bestimmung der mikro-mechanischen Eigenschaften der Naturfasern vor und nach Verarbeitung
Herleitung eines angepassten Faserorientierungsmodells
Modellierung der typischen Nebeneffekte bei der Verarbeitung von NFK (Faserschädigung, Entmischung, u.ä.)
Produktion von NF Compounds und von Probekörpern
vollständige Beschreibung der rheologischen und thermischen Eigenschaften der NFCompounds
Bestimmung der quasistatischen und dynamischen mechanischen Eigenschaften
Einbindung des Faserorientierungsmodells in eine kommerzielle Fließsimulationssoftware
Hochskalierung der Compoundproduktion für ausgewählte Materialien auf ein seriennahes Niveau
Einbindung derWerkstoffmodelle in kommerzielle CAE Software insbesondere zur Verarbeitungs- und Crash Simulation
Simulation eines Serienbauteiles
Produktion des Serienbauteiles und umfangreiche mechanische Prüfung, inklusive Crashverhalten

Dieses Projekt soll den Weg dafür bereiten, dass naturfaserverstärkte Kunststoffe in der Automobilindustrie und in Folge in anderen Industriezweigen entsprechend der dort üblichen Standards berechnet und simuliert werden können, wodurch ihr Anteil gegenüber konventionellen Werkstoffen signifikant steigen wird.

Die Projektpartner sind:

Ford Forschungszentrum Aachen GmbH, Aachen
IAC (International Automotive Components), Krefeld
LyondellBasell, Frankfurt
Kunststoffwerk Voerde Hueck & Schade GmbH & Co. KG, Ennepetal
Simcon Kunststofftechnische Software GmbH,Würselen
M-Base Engineering + Software GmbH, Aachen
University of Wisconsin-Madison, Madison
Fachhochschule Hannover, Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe, Hannover
Hochschule Bremen, Bremen
Technische Universität Clausthal, Institut f. Polymerwerkstoffe u. Kunststofftechnik, Clausthal
Deutsches Kunststoff Institut (DKI), Darmstadt

Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV).

Konsortium um das Ford Forschungszentrum Aachen GmbH, Aachen

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