EMS-Grivory: Metallersatz im Fahrzeugbau leicht gemacht

Die langen Fasen bilden im Bauteil ein Faserskelett, das die thermo-mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs verbessert.

Langfaserverstärkte Polyamide eignen sich auch im Automobilbau als Metallersatz. Sie bieten geringes Gewicht bei hoher Steifigkeit und Festigkeit. Zwei neue, zur Automobiltagung in Mannheim vorgestellte Entwicklungen erweitern das Langfaserangebot von EMS-Grivory. Trotz geringem Gewicht bieten sie metallähnliche Festigkeiten.

Grund für diese außergewöhnliche Eigenschaftenpaarung sind die langen Fasern. Mit bis zu 10 mm Länge bilden sie im Bauteil ein Faserskelett, das die thermomechanischen Eigenschaften des Werkstoffs nachhaltig verbessert. Dies beeinträchtige die Polyamid-spezifischen Merkmale wie Chemikalienbeständigkeit und Oberflächenqualität nicht. So verfügen LFT-Werkstoffe auch jenseits der Glasübergangstemperatur noch über hohe mechanische Kennwerte. Zudem sorgen die Fasern für höhere Arbeitsaufnahme und Wärmeformbeständigkeit, ein besseres Verhalten bei erhöhten und sehr niedrigen Temperaturen sowie weniger Verzug. Als Faustformel nennt der Anbieter: Es können 10 % weniger Fasern eingesetzt werden, um vergleichbare Eigenschaften wie klassische Compounds zu erzielen – ein Dichtevorteil von etwa 9%. Das langfaserverstärkte Grilamid LCL-3 beispielsweise kombiniere die Dichte von 1,15 g/cm³ mit 250 MPa Festigkeit.

Große Gewichtseinsparungen möglich

Die Rücksitzlehne des Audi A8 aus Grilon TSGL-50/4.

Diese Vorteile prädestinieren die LFT-Produkte für den anspruchsvollen Metallersatz im Automobilbau, wo Gewichts- und Kostenreduktionen eine große Rolle spielen. Das zeige sich beispielsweise bei der Rücksitzlehne des Audi A8, die aus dem mit 50 Prozent Langglasfasern verstärkten Grilon TSGL-50/4 besteht. Der Werkstoff biete hohe Steifigkeit, auch bei hohen Temperaturen, und sorge für ein zähes Bruchverhalten, was sich vor allem bei einem möglichen Seitencrash positiv auf die Sicherheit der Fahrgäste auswirke. Die hohe Kerbschlagzähigkeit und eine geringe Verzugsneigung ergänzen das Profil.

Entwicklung geht weiter

Die auf Rollen gelieferten Endlosfaser-Tapes können auf Länge zugeschnitten werden und anschließend in das Bauteil eingelegt werden (hier ein Demonstrator-Bauteil).

Durch neue Entwicklungen sei es nun gelungen, die für den Metallersatz relevanten Eigenschaften zu verbessern und neue Anwendungsfelder zu erschließen. Mit neu entwickelten Glasfaser-Rovings konnte, so der Hersteller, erstmals ohne Verwendung von Kohlenstofffasern ein Spritzgießmaterial (Grivory GVL-6H HP) entwickelt werden, das die „Schallmauer“ einer Bruchspannung von 300 MPa durchbricht (Zugversuch nach ISO 527). Die neuen Fasern weisen eine andersartige Geometrie und damit auch ein anderes Längen-Dicken-Verhältnis auf – sowohl im 10 mm Granulat als auch im spritzgegossenen Bauteil. Damit werde außerdem eine bessere Oberflächenqualität möglich, was eine Kombination guter Oberflächen und außergewöhnlicher mechanischer Eigenschaften erlaube.

Vergleich der Maximalspannungen bei einem Bauteil mit und einem Bauteil ohne Endlosfaserverstärkung

Eine weitere neue Option des Leichtbaus ist die Tape-Technology (ETT). Hierbei handelt es sich um gerichtete Endlosfasern, die vollständig imprägniert sind und in Form von Tapes (Bändern) geliefert werden. Mit ihrer Hilfe könne beispielsweise die Bindenahtfestigkeiten bei Bauteilen massiv erhöht werden. In Zusammenarbeit mit der Hochschule für Technik Rapperswil (Schweiz) wurden Technologien zum Einlegen der Bänder entwickelt und durch Untersuchungen Kennwerte an einem eigens zu diesem Zweck entwickelten Demonstrator-Bauteil erarbeitet. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass Bereiche mit Bindenähten mit Einsatz eines Bandes eine bis zu doppelt so hohe Festigkeit erreichen. Die erzielten Biegefestigkeiten werden demnach quasi unabhängig von der Struktur des Basisteils erreicht, egal ob hoch oder weniger orientiert oder sogar durch eine Bindenaht geschwächt. Auch weitere Eigenschaften wie Kriechen oder Dauer-, Wechsel- sowie Schwellfestigkeiten werden so verbessert.

Weitere Informationen: www.emsgrivory.com

Kongress „Kunststoffe im Automobilbau“, 2.-3. April 2014, Mannheim

EMS-Chemie AG, Business Unit EMS-Grivory, Domat/Ems, Schweiz

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