Langfaserverstärkte Kunststoffe

Der Einsatz langfaserverstärkter Kunststoffe in der Fahrzeugtechnik gliedert sich gegenwärtig im wesentlichen in die Verarbeitung von Halbzeugen (GMT, LFT-Granulate, SMC, BMC) sowie einen wachsenden Anteil an Materialien aus Inline-Compoundierverfahren. Bei diesen so genannten Direktverfahren, lassen sich durch gezieltes Maßschneidern der Matrixpolymere (Zugabe von Zuschlagstoffen, wie z.B. UV-Schutzmittel, Koppler, Farbstoffe und Stabilisatoren) sowie der Kombination mit unterschiedlichen Fasertypen und der individuellen Einstellung der Faseranteile, vielseitige Materialeigenschaften erzielen.

Als Matrixpolymere sind hierbei sowohl thermoplastische Basispolymere (LFT-D-ILC Verfahren) wie auch duroplastische Harzsysteme (Direkt-SMC, Fasersprüh-Verfahren) im Fokus der Werkstoffentwicklung. Bei der Auswahl der Rohstoffe und der Rezepturentwicklung sind jedoch immer die jeweiligen Bauteil- und damit die Werkstoffanforderungen und nicht zuletzt die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen der Industrie zu berücksichtigen.

Langfaserverstärkte Duromere

Der Einsatz von langfaserverstärkten Duromeren wird oft durch die mangelnde Reproduzierbarkeit der Materialeigenschaften sowie die mangelhafte methodische Beschreibung der Werkstoffe gehemmt. Die Aufgabe ist es deshalb aufbauend auf Vorarbeiten an den beteiligten Forschungseinrichtungen eine Vereinheitlichung der Materialzusammensetzung und deren Qualitätssicherung bzw. Charakterisierung vor dem Einsatz im Prozess zu erzielen. Dazu wurden folgende Schwerpunkte identifiziert:

  • Werkstoffauswahl (UP-Harze, VE-Harze (SMC, BMC), PUR Harze (Sprühverfahren), Faserauswahl (Glas-, Kohlenstoff-, Synthesefasern), Füllstoffe)
  • Auswahl und Reduktion der Einzelkomponenten
  • Reduktion der Emissionen
  • Optimierung der Rezeptur hinsichtlich der Oberflächenqualität der Bauteile
  • Einsatz von Additiven zum Schäumen
  • Werkstoffentwicklung hinsichtlich einer lokalen Endlosfaserverstärkung von SMC- bzw. PUR-Bauteilen (Tailored SMC/PUR)

Langfaserverstärkte Thermoplaste

Wie auch bei den langfaserverstärkten Duromeren ist bei den langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT) die Werkstoffentwicklung ein wichtiger Bestandteil bei der Etablierung dieser Materialien in neuen Anwendungen, im Speziellen in Strukturbauteilen. Die bei den LFT Werkstoffen bereits weitgehend etablierten Direktprozesse bieten eine große Flexibilität bei der Zusammenstellung von Rezepturen für diese neuen Anwendungen, fordern vom Verarbeiter jedoch auch ein weitgehendes Know-How im Bereich der Inline-Compoundierung. Eine Standardisierung der Materialzusammensetzung, einhergehend mit einer methodischen Beschreibung dieser Werkstoffklasse wird hier neue Anwendungsfelder eröffnen.

Im Rahmen des Clusters stehen zunächst folgende Themen im Mittelpunkt:

  • Werkstoffauswahl: Thermoplastische Matrix (Polyolefine, technische Thermoplaste), Verstärkungsfasern (Glas-, Kohlenstoff-, Synthesefasern), Additive, Füllstoffe.
  • Oberflächenanwendungen – Optimierung der Rezeptur hinsichtlich UV-Beständigkeit und Haftung
  • Strukturelle Anwendungen – Optimierung der Rezeptur hinsichtlich Steifigkeit/Schlagzähigkeit
  • Strukturelle Anwendungen – Optimierung der Rezeptur hinsichtlich Beständigkeit in der Kathodentauchbadlackierung (KTL)
  • Semistrukturelle Anwendungen – Optimierung der Rezeptur hinsichtlich Entflammbarkeit etc.