IKV: Thermoplastische Faserverbundkunststoffe - Innovative Anlagentechnik für die Serienfertigung

Im April 2013 im FVK-Technikum des IKV neu installierte Anlage zur Verarbeitung von TP-FVK - (Bild: IKV).

Faserverstärkte Thermoplaste (TP-FVK) rücken zunehmend in den Fokus, wenn es um die wirtschaftliche Fertigung großer Stückzahlen langfaserverstärkter Bauteile geht. Für die Verwendung von TP-FVK sprechen ihre kurzen Verarbeitungszeiten und ihre Recyclingfähigkeit.

Neben der Großserienfertigung gewinnen aber auch flexible, ressourceneffiziente Verarbeitungsverfahren zur Fertigung kleiner bis mittlerer oder variantenreicher Serien an Bedeutung. Zukünftig sind es wohl nicht nur Bauteile für die Automobil- und Luftfahrtindustrie, die aus TP-FVK wirtschaftlich gefertigt werden. Auch wachsende Märkte wie der Sport- und Freizeitbereich oder individuell angepasste Orthopädieanwendungen können mit Bauteilen aus dieser Werkstoffkombination bedient werden.

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) blickt auf eine langjährige Forschungstätigkeit und auf fortwährende Prozessentwicklungen auf diesem Gebiet. Erst kürzlich wurde zusammen mit der Frimo Group GmbH, Lotte, eine serientaugliche Prototypenanlage zur flexiblen TP-FVK-Verarbeitung entwickelt und im FVK-Technikum des IKV aufgebaut.

Diese Anlage besteht aus zwei getrennten Stationen, einer Heiz- und Konsolidierungsstation, die mit einem Shuttlesystem verbunden sind. So können mit dieser Anlagentechnik neben dem klassischen Stempelumformen auch verschiedene Diaphragma-Umformprozesse sowie die variotherme Direktverarbeitung von TP-FVK abgebildet und erforscht werden. Die neue Anlage erlaubt es, Halbzeuge mit einer Größe von 500 x 750 mm zu verarbeiten und Bauteile mit einer Tiefe von bis zu 300 mm herzustellen.

Eines der Herstellungsverfahren ist die Inline-Imprägniertechnik für das Doppel-Diaphragma-Umformverfahren. Dabei werden aus kostengünstigen Ausgangsmaterialien wie Thermoplastfolien und textilen Verstärkungshalbzeugen mittels Filmstacking maßgeschneiderte Organobleche aufgebaut, in einem Prozess imprägniert und direkt zu dreidimensionalen Bauteilen umgeformt. Diese innovative Prozesskette erlaubt es erstmals, nahezu beliebige Faser-Matrixkombinationen zu verarbeiten und einen lastgerechten Laminataufbau zu erzeugen. Die Technologie reduziert gleichzeitig den Verschnitt an teuren, bereits veredelten Halbzeugen wie Organoblechen oder Tapes. Zur Umformung werden kostengünstige, einseitige Werkzeuge eingesetzt, Druckluft bewirkt hier die Umformung. Dies erhöht die Flexibilität des Prozesses deutlich, da unterschiedliche Bauteildicken und Laminataufbauten ohne Modifikation des Werkzeugs hergestellt werden können.

Eine weitere Prozesskette, die das IKV entwickelt hat, ist die direkte Verarbeitung 3Dfasergespritzter Preforms mit variothermen Werkzeugen. Das 3D-Faserspritzen überzeugt hierbei durch die nahezu verschnittfreie Herstellung dreidimensionaler Preforms mit lokal an den Lastpfad angepasster Faserorientierung. Für die anschließende Imprägnierung und Konsolidierung der Preforms ermöglicht es die innovative, variotherme Werkzeugtechnik, dank einer oberflächennahen Temperierung der Werkzeugeinsätze, Heiz- beziehungsweise Kühlraten von bis zu 10 K/s zu realisieren und somit Zykluszeiten von unter drei Minuten zu erreichen.

Beim 27. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik wird die neue Anlagentechnik unter dem Programmpunkt IKV 360° im laufenden Betrieb vorgeführt.

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

27. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 19.-20.03.2014, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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