Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Latente Einkomponenten-Epoxidsysteme zur Steigerung der Produktivität im Faserverbund-Leichtbau (FAST-Epoxy)

Latente Einkomponenten-Epoxidsysteme zur Steigerung der Produktivität im Faserverbund-Leichtbau

Endlosfaserverstärkte Hochleistungsverbundwerkstoffe haben in den letzten Jahren ihren Weg in die industrielle Serienfertigung gefunden. Entscheidend für eine Automatisierung ist insbesondere die technische Reproduzierbarkeit der Bauteile bei hohen Qualitätsanforderungen und kurzen Taktzeiten. Exakt an diesem Punkt knüpft das geplante Gemeinschaftsprojekt an. Es sollen neu entwickelte, schnellhärtende 1-K Epoxidsysteme auf moderne Verarbeitungsverfahren abgestimmt werden, so dass diese Einzug in die klassischen Herstellungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe finden. In etablierten industriellen Verfahren werden bisher 2-K Epoxidsysteme verwendet. Die flüssigen Komponenten werden kurz vor dem Infiltrieren des Fasergeleges gemischt und können daher nur in einem zeitlich begrenzten Zeitraum verarbeitet werden (Topfzeit). Schon kleine Unzulänglichkeiten im Prozess, wie z.B. zeitliche Verzögerungen in der Infiltration, können zu variablen physikalischen Kennwerten des Hybridbauteils führen. Im Detail werden folgende Forschungsthemen im Projekt in den AP fokussiert bearbeitet:

Herstellung versch. latenter 1-K Harzsysteme

Technologische Umsetzung und Herstellung von Faserverbundbauteilen mittels technisch relevanter Verfahren

Detaillierte Charakterisierung der hergestellten Prüfkörper sowie Referenzproben

Ziel in „FAST-Epoxy“ ist die technische Umsetzung eines 1K Systems für den wirtschaftlichen Serien-Einsatz in der Faserverbundtechnik, die Sicherstellung einer durchgehend hohen Qualität der Bauteile sowie eine fehlerreduzierte Fertigung mit weniger Bauteilausschuss. Erreicht wird dies durch die Bereitstellung der neuen Technologie, die eine größere Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit, der Materialeigenschaften und vereinfachte Prozesstechnik verspricht.

Die Ergebnisse werden vor allem in KMU`s zu Herstellung von FVK für Umsatzsteigerungen sorgen

Ergebniszusammenfassung:

Das Projektziel war die Entwicklung von latenten Einkomponenten-Epoxidharzsystemen, um die Produktivität in der Großserienfertigung im Faserverbund-Leichtbau zu erhöhen. Dafür wurde ein latenter Beschleuniger, der bisher nur in geringen Mengen verfügbar und teuer war, kostengünstig im Kilogramm-Maßstab am ITCF hergestellt. Eine großtechnische Synthese ist machbar und erlaubt damit die Anwendung in der Faserverbundindustrie. Im Unterschied zu anderen geschützten NHC-Katalysatoren ist der hier untersuchte Beschleuniger stabil und kann über einen längeren Zeitraum bei Raumtemperatur gelagert werden.

Es wurden zwei Harzsysteme - eine eigene Formulierung und ein handelsübliches Harzsystem - jeweils mit einem gewöhnlichen Imidazolbeschleuniger und dem latenten Beschleuniger gemischt und vergleichend untersucht. Ebenfalls konnten mit ausgewählten Additiven gebrauchsfertige und haltbare Harzmischungen hergestellt werden. Diese wurden auf ihre Anwendbarkeit in unterschiedlichen Produktionsverfahren untersucht.

Im Vakuumsackverfahren zeigten beide Harzsysteme aufgrund ihrer niedrigen Viskosität eine gute Fließfähigkeit und konnten problemlos mehrlagige Aufbauten durchdringen und imprägnieren. Diese Eigenschaften wurden beim Nasspressen und RTM-Verfahren anhand von REM-Aufnahmen bestätigt. In der Pultrusion konnte ein Prozessfenster mit Abziehgeschwindigkeiten von 34-73 cm/min ermittelt werden, was einer Härtungsdauer von 85-39 s entspricht und somit eine Eignung für kontinuierliche Verfahren attestiert.

Im Vergleich der Harzsysteme konnte in rheologischen Messungen festgestellt werden, dass mit dem latenten Beschleuniger eine längere Verarbeitung möglich ist als mit herkömmlichen Beschleunigern. Dadurch wird eine zeitliche Entkopplung der Infiltration von der Aushärtung im Bauteil völlig unproblematisch. Dies ist technisch bei großen Bauteilen oder komplexen Textillagenaufbau von Interesse und ermöglicht außerdem Zugänge zu Prepregtechnolgien.