Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Anwendungsangepasste Carbonfaser-Binder-Tapes für Out-of-Autoclave RTM- und Infusionsprozesse – „Tape2Demand“

Thin-Ply-Verstärkungslagen stellen den nächsten Schritt in der Entwicklung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) dar. Die hierbei eingesetzten sehr dünnen Einzellagen führen zu deutlichen Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften im Verbund. Die Vorteile der Technologie werden derzeit jedoch aufgrund fehlender Prozess- und Materialkenntnisse nur eingeschränkt genutzt. Bisher steht deutschen Unternehmen zwar Maschinentechnik zur Verarbeitung von Prepreg-Tapes zur Verfügung, es existiert jedoch bisher keine anwendungsangepasste Auslegung trockener, eigenstabiler Tapes für Out-of-Autoclave RTM- und Infusionsprozesse.

Ziel des Projekts ist daher, deutsche KMU zur Herstellung und Verarbeitung von anwendungsangepassten binderfixierten Tapes zu befähigen. Somit wird für sie die Prozesskette zur Verarbeitung von trockenen Thin-Ply-Tapes in kostengünstigen Out-of-Autoclave Prozessen erschlossen und ein Mehrwert gegenüber Produkten ausländischer Wettbewerber erzielt.

Es werden systematische Untersuchungen zum Vorfixieren trockener Thin-Ply-Tapes mittels Binderauftrag durchgeführt. Durch den Binder werden diese stabilisiert, um in anschließenden Tapeweb- oder Tapelegeprozessen verarbeitet werden zu können. Es werden dabei der Einfluss verschiedener Herstellparameter (z. B. Tapebreite, Art und Menge der Binderfixierung) auf die Verarbeitungseigenschaften sowie die mechanischen Eigenschaften im Verbund untersucht. Basierend auf Versuchsergebnissen wird ein Auslegungstool erstellt, das Anwender entlang der Prozesskette zur Verwendung von Thin-Ply-Tapes befähigt, ohne auf kostenintensive Autoklavprozesse angewiesen zu sein.

Die Erweiterung des Nutzerkreises und die Erweiterung der PA-Mitglieder spiegeln das wirtschaftliche Interesse an diesem Projekt wider. Der Entwicklungsschritt zu Thin-Ply ist für die auf dem Markt befindlichen Anbieter bei Bedarf schnell umsetzbar.

Das Vorhaben trägt zum qualitativen Wachstum und zur Erhöhung des Basiswissens bei.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Projektes ist es Unternehmen zur Nutzung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) mit sehr geringen Einzellagendicken, sog. Thin-Ply-Composites, zu befähigen. Da Thin-Ply-Composites deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften ggü. konventionellen Halbzeugen aufweisen, können gleiche Bauteileigenschaften mit weniger Materialeinsatz erzielt werden. Im Vergleich zu Verstärkungshalbzeugen ist mit einer durchschnittlichen Materialersparnis von ca. 20 % zu rechnen. Bei einem durchschnittlichen Carbonfaser (CF)-Preis von 30 €/kg und einem aktuellen CF-Bedarf von 5.800 t p.a. in Deutschland können Carbonfasern im Wert von ca. 34,8 Mio. € jährlich eingespart werden. Diese Kosteneinsparungen können in Form von niedrigeren Bauteilpreisen realisiert werden, was die Wettbewerbsfähigkeit deutscher KMU ggü. Anbietern von CFK-Bauteilen aus konventionellen Halbzeugen verbessert. Thin-Ply-Composites sind damit unter technologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten für die Anwendung in der Luftfahrt, Automobilbranche und für Sportequipment interessant.

In diesem Projekt wurde erstmalig systematisch untersucht, wie Thin-Ply-Composites aus trockenen, binderfixierten Tapes hergestellt werden können. Für Thin-Ply Composites war bislang nur der Einfluss des Flächengewichtes hinreichend erforscht. In diesem Projekt wurden erstmalig Zusammenhänge zwischen Faserflächengewicht, Binderauftragsart, Bindermaterial und Binderauftragsmenge auf die Verarbeitbarkeit und die mech. Verbundeigenschaften von Thin-Ply-Composites untersucht. Zudem konnte durch die Vielzahl an durchgeführten mechanischen Prüfungen eine tiefgreifende Materialcharakterisierung erzielt werden. Zudem wurde eine umfangreiche Datenbasis geschaffen.