Fraunhofer ICT: Mikrowellen beschleunigen den Pultrusionsprozess

Prototyp eines Durchlauferhitzers zur kontinuierlichen Erwärmung von Harzen mittels Mikrowellen.

Mittels Pultrusion lassen sich bereits seit über 60 Jahren faserverstärkte Kunststoffprofile vergleichsweise günstig herstellen. Doch wie kann der Pultrusionsprozess weiter beschleunigt und gleichzeitig eine bessere Infiltration der Fasern mit Harz erzielt werden? Eine Antwort darauf haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT im Rahmen des von der EU-geförderten Projekts COALINE1 (www.coaline.eu) gefunden: Ein neu entwickelter Durchlauferhitzer nutzt Mikrowellen zur kontinuierlichen Vorwärmung des Harzes vor der Injektion in die Pultrusionsdüse. Der vorgeheizte Duroplast-Werkstoff besitzt auf diese Weise eine geringere Viskosität, wodurch er besser in die Faserrovings eindringt, was zu einer verbesserten Benetzung der Filamente und damit zu höheren mechanischen Kennwerten des Verbundwerkstoffes führt. Die höhere Temperatur bewirkt dabei zusätzlich auch eine beschleunigte Vernetzung des Matrixpolymers und führt damit zu einer Durchsatzsteigerung des Pultrusionsprozesses.

Da Mikrowellen Materialien unabhängig von der Wärmeleitfähigkeit volumetrisch erwärmen, sind sie ideal für diese Anwendung geeignet. Im Gegensatz zu konventionellen Durchlauferhitzern, welche die Flüssigkeit durch Heizstäbe oder Heizmanschetten erwärmen, übertragen Mikrowellen ihre Energie kontaktlos, wodurch eine Überhitzung des Harzes an der heißen Wand des Heizelementes verhindert wird. Eine schnelle Regulierbarkeit der Energie der Mikrowelle verhindert darüber hinaus eine Überhitzung und vorzeitige Aushärtung des Harzes im Durchflusserhitzer.

Kernstück des entwickelten Anlagen-Prototyps ist eine angepasste Mikrowellenkavität mit einer nicht-metallischen Harz-Leitung, in der das Harz transportiert und von Mikrowellen verlustfrei durchdrungen wird. Eine 2.000 W starke Mikrowellenquelle der Frequenz 2,45 GHz betreibt den Durchflusserhitzer. Erste Ergebnisse für Epoxidharze konnten bereits erarbeitet werden und sind sehr vielversprechend: Bereits eine moderate Mikrowellenleistung von 1,4 kW ist ausreichend, um eine Harzmenge von 20g/s auf die gewünschte Vorwärmtemperatur reproduzierbar zu erwärmen. In der nächsten Stufe des Projekts soll die Anlage in eine Pultrusionsanlage integriert und dort ihre Vorteile aufzeigen.

Produktbereich „Polymer Engineering“
Der Produktbereich Polymer Engineering (PE) am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal zählt sich zu den bedeutenden anwendungsnahen Forschungseinrichtungen in der Kunststoffentwicklung. Mitarbeiter, überwiegend mit ingenieurswissenschaftlicher Ausbildung, erarbeiten zusammen mit Partnern und Kunden neue Verfahrenschritte und erweitern dadurch die Einsatzgrenzen heutiger polymerer Materialien. PE bietet Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen von der Idee bis hin zur Prototypenherstellung aus einer Hand.

Die Fraunhofer-Gesellschaft fördert und betreibt international vernetzt anwendungsorientierte Forschung. Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT ist eines von derzeit 66 Instituten und Forschungseinrichtungen der Fraunhofer-Gesellschaft. Neben der Vertragsforschung für die Industrie arbeitet das Fraunhofer ICT auch gemeinsam mit Unternehmen der Wirtschaft an Forschungsaufgaben, die durch Bund und Länder sowie durch die Europäische Union co-finanziert werden.

Weitere Informationen: www.ict.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, Pfinztal

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