UD-Tapes ermöglichen Material- und Kosteneffizienz

(Bild: IKV / Fröls).

Ganzheitliche Prozessbetrachtung zur Quantifizierung von Einflussfaktoren Unidirektional faserverstärkte Thermoplast-Halbzeuge, sogenannte UD-Tapes, bieten ein hohes Gewichts- und Kostensenkungspotenzial für eine Vielzahl von Anwendungen beispielsweise im Transport-, Sport- oder Medizinsektor. Deshalb beschäftigt sich das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen intensiv mit Fragestellungen, wie sich UD-Tapes effizient herstellen lassen, wie ihr Anbindungsverhalten an Spritzgießmassen charakterisiert werden kann oder wie sich das Umformverhalten UD-tapebasierter Laminate simulieren lässt. Ziel dabei ist es, die Einflüsse auf Folgeprozesse zu quantifizieren und die Endproduktqualität zu optimieren.

Eine Möglichkeit, UD-Tapes zu verarbeiten, ist ihre direkte Integration in Spritzgießprozesse, wo sie für eine signifikante Reduktion der Wanddicke von Spritzgussbauteilen und somit einen reduzierten Materialkostenanteil sorgen. Auch die Produktion von lastpfadgerechten multiaxial faserverstärkten Laminaten, die ein geringes Gewicht mit maximal möglichen mechanischen Eigenschaften vereinen, ist eine Möglichkeit des UD-Tape-Einsatzes. Derartige Laminate lassen sich dreidimensional verformen und im Spritzgießprozess mit Funktionselementen wie Verrippungen oder Anbindungselementen versehen, um eine hohe Bauteil- und Funktionskomplexität zu erzielen, wie sie beispielsweise für Batteriegehäuse im Transportsektor gefordert sind.

Egal für welches Produkt oder in welchem Prozess UD-Tapes Einsatz finden, die morpholgischen Eigenschaften, insbesondere Porosität sowie Homogenität der Faserverteilung über dem Querschnitt, sind entscheidend für die thermomechanischen Eigenschaften. Sie beeinflussen somit die Weiterverarbeitung und die Eigenschaften der Endprodukte. Deshalb beschäftigt sich das IKV in vielfältigen Forschungsaktivitäten mit der ganzheitlichen Prozessbetrachtung. Durch Korrelation von Inline-Sensordaten mit der UD-Tape-Morphologie lässt sich eine Qualitätssicherung in die UD-Tape-Produktion integrieren.

Auch die Nachverfolgbarkeit für Folgeprozesse mit ortsaufgelösten Qualitätsdaten fand Berücksichtigung. Weiterhin entwickelten die Wissenschaftler eine Umformsimulation von UD-tapebasierten Laminaten mit der Möglichkeit zur Berücksichtigung der lokalen Laminatmorphologie und untersuchten die Einflussfaktoren der verwendeten Materialien auf das Anbindungsverhalten im Spritzgießprozess zur Funktionalisierung von UD-Tapes bzw. Laminaten. Alle gewonnenen Erkenntnisse fließen in die strukturmechanische Auslegung hybrider Bauteile (UD-Tapes mit Spritzgießfunktionalisierung) ein.

Das übergeordnete Ziel der genannten Forschungsarbeiten ist die Steigerung des Verständnisses der beteiligten Einzelprozesse auf die Bauteileigenschaften (Kosten, Gewicht, mechanische Performance), um das Potenzial von UD-Tapes bestmöglich auszunutzen und für den Großserieneinsatz zu qualifizieren.

30. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 9.-10. September 2020, Aachen

Weitere Informationen: www.ikv-aachen.de/veranstaltungen/kolloquium, www.ikv-aachen.de

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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