Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung des Einflusses der Hybridgarneigenschaften auf den Faserspritzprozess und Entwicklung von prozessoptimierten Schlichten für Glasfaser/Thermoplast-Hybridgarne zur materialeffizienten Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Leichtbauteilen

Der Faserspritzprozess mit Hybridgarnen stellt einen material- und kosteneffizienten Herstellungsprozess dar, mit dem wirtschaftlich Großserienbauteile aus thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffen (TP-FVK-Bauteile) für Leichtbauanwendungen in der Transport- und Baubranche hergestellt werden können. Die industrielle Umsetzung des Verfahrens scheitert derzeit jedoch an nicht kontrollierbaren hohen Schwankungen in der Preformqualität. Diese Schwankungen sind auf die für den Faserspritzprozess unzureichenden Hybridgarneigenschaften zurückzuführen.

Daher werden in einer Prozessanalyse am Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen (IKV) die Einflüsse der Hybridgarneigenschaften auf die Verarbeitbarkeit im Faserspritzprozess identifiziert und quantifiziert. Aufbauend auf der durchgeführten Prozessanalyse werden durch das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF) für den Faserspritzprozess optimierte Hybridgarne entwickelt. Diese Garne werden systematisch in Faserspritzversuchen hinsichtlich Prozessfähigkeit und der erzielbaren mechanischen Eigenschaften untersucht. Um das Potenzial der Hybridgarne für eine Anwendung in der Transport- und Baubranche zu demonstrieren wird ein Demonstratorbauteil im Faserspritzprozess in Kombination mit einem variothermen Konsolidierprozess hergestellt und untersucht.

Faserhersteller/-veredler können die gewonnen Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Hybridgarneigenschaften und Verarbeitbarkeit nutzen, um vorhandene Hybridgarne zu verbessern und neu zu entwickeln. Zudem dienen den Herstellern/Entwicklern von FVK-Bauteilen die Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen der hergestellten Bauteile zur Entwicklung/Verbesserung eigener Bauteile.

Ergebniszusammenfassung:

Die in diesem Forschungsvorhaben durchgeführten Untersuchungen der Prozesseinflüsse beim Faserspritzen tragen zu einem besseren Prozessverständnis bei, insbesondere in Bezug auf die eingesetzten Materialien. Somit kann Herstellern von TP FVK Bauteilen, die in Deutschland den kmU zuzuordnen sind, eine Prozessparameteroptimierung zur Verbesserung der Preform bzw. Bauteileigenschaften ermöglicht werden. Solche Prozesseinrichtungen und -optimierungen sind sehr kosten- und zeitintensiv und stellen für kmU häufig ein wirtschaftliches Risiko dar. Durch die Umsetzung der im Rahmen des Forschungsvorhabens ermittelten Erkenntnisse ist es Firmen möglich, ihre Produktionsprozesse schneller einzustellen, wodurch sich diese Anbieter deutlich von ihren Wettbewerbern absetzen können.

Durch den Einsatz von prozessoptimierten Hybridgarnen im Faserspritzen wird eine Herstellung von Bauteilen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften bei reduziertem Materialeinsatz ermöglicht. Das vermittelte Verständnis zum Materialeinfluss im Faserspritzprozess ermöglicht kmU die Entwicklung neuer und höherwertiger Produkte entweder für die eigene Fertigung oder als Dienstleistung, sodass sie sich neue Geschäftsfelder erschließen können. Die Wettbewerbsfähigkeit der kmU wird dadurch deutlich gesteigert und es wird ihnen ermöglicht, sich in einem globalen Wettbewerb mit ihren Produkten und Dienstleistungen zu behaupten.

Die im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelten prozessoptimierten Hybridgarne ermöglichen nun den nächsten Schritt für kmU hin zum industriellen Einsatz des Faserspritzprozesses. Die Unternehmen erlangen somit durch die Erweiterung und Verbesserung ihres Produktspektrums sowie durch die Steigerung ihrer Kosteneffizienz einen Wettbewerbsvorteil. Der potenzielle Nutzerkreis erstreckt sich über die gesamte Wertschöpfungskette von TP-FVK-Bauteilen (vom Materialhersteller bis zum Endanwender) und spiegelt sich in der Zusammensetzung des projektbegleitenden Ausschusses wider.