Verbesserte Herstellung von Verbundwerkstoffen
Die Nachfrage für kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe durch Branchen wie die Luft- und Raumfahrt steigt stetig, da sich diese Stoffe durch hervorragende Festigkeit und gleichzeitig geringes Gewicht auszeichnen. Ein geringeres Gewicht führt bei vielen Anwendungen zu einem tieferen Treibstoffverbrauch und weniger Emissionen. Im EU-finanzierten Projekt COMPAIR (Development of a manufacturing process for the production of small size complex-shaped structural aircraft components) wurden Vorform-Werkzeuge entwickelt, um Kohlenstofffaser-Vorformen und Spritzgussverfahren entwickelt, um sie mit thermoplastischen Formen (aus Polyphenylensulfid, PPS) zu überziehen. Dies stellt eine bedeutende Verbesserung gegenüber herkömmlichen Verfahren dar, bei denen die Faserverstärkungen, die mit dem Matrixmaterial aus Harz vorimprägniert sind, per Hand in einer Form positioniert werden. Durch dieses Überziehen wird sichergestellt, dass bei Anwendungen für die Luftfahrt die leitfähigen Kohlenstofffasern nicht mit dem metallischen Rumpf eines Luftfahrzeugs in Berührung kommen. Die Integration mit dem Spritzgießen steigert den Durchsatz erheblich, senkt die Produktionskosten und ermöglicht die Fertigung von Bauteilen mit verbesserter Funktionalität, sodass Metallteile ersetzt werden können. Darüber hinaus wird die Wiederverwertbarkeit erhöht, da wiederverwendbare Thermoplasten anstatt duroplastischer Matrixmaterialien verfügbar sind. Das COMPAIR-System vermeidet auch häufige geometrische Abnormalitäten und bietet eine breite Palette verwendbarer Materialien sowie mögliche Dicken der Vorform. Die Forscher verwendeten die Vorform-Werkzeuge, um konsistent hochwertige Kohlenstofffaser-PPS-Vorformen in einem Stück zu fertigen. Durch maßstäbliche Vergrößerung könnten auch klammerförmige Teile hergestellt und so noch mehr Gewicht eingespart werden. Die Forscher stellten Verbundwerkstoffe mithilfe eines Spritzguss-Prototyps mit einer Kammer, einer Kohlenstofffaser-PPS-Vorform und einem Roboter zum Erwärmen und Bewegen der Vorform her. Die Technologie wurde in erster Linie für die Luft- und Raumfahrt entwickelt. Ihre Vorteile sind jedoch auch für viele weitere Bereiche anwendbar, in denen die Anwendung leichter Verbundwerkstoffe zunehmend interessant wird. Diese Bereiche umfassen Öl- und Gas-Offshore-Anlagen, den Verkehr an Land und auf See und sogar Nischenbereiche wie Autorennen.
Schlüsselbegriffe
Verbundwerkstoff, KMU, Spritzgießen, Kohlenstofffaser, Vorform, thermoplastisch
