Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen zur Verarbeitung von angepassten Kohlenstofffaservliesstoffen in der Sheet Moulding Compound Prozesskette

Das Sheet Moulding Compound (SMC) -Verfahren wird zur großserienfähigen Herstellung von faserverstärken Kunststoffbauteilen verwendet. Anstelle von Schnittfasern, können auch textile Halbzeuge wie Vliesstoffe zugeführt werden. Erfahrungsgemäß weisen SMC-Halbzeuge auf Vliesbasis eine deutlich reduzierte Fließfähigkeit im Gegensatz zu Schnittfaserhalbzeugen auf, wodurch der Bauteilgestaltung enge Grenzen gesetzt sind. Die Fließfähigkeit kann sowohl durch die Art des Vliesstoffes, als auch durch die Parameter bei der SMC Verarbeitung beeinflusst werden. Die Motivation des Vorhabens besteht in der bisher nicht vollständig gelösten Frage des Verarbeitens von Vliesstoffen im SMC-Prozess. Im Speziellen ist die Verwendung von rezyklierten Carbonfasern vorgesehen, als essentieller Schritt, um die Wirtschaftlichkeit und die Umweltbilanz von carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) weiter zu steigern.

Folgende Punkte sollen untersucht werden:

- Entwicklung angepasster Vliesstoffe aus rezyklierten Kohlenstofffasern

- Untersuchung der Prozessbeeinflussung unterschiedlicher Vliesbildungs- und Verfestigungsmethoden im Hinblick auf die Imprägnierbarkeit und Fließfähigkeit des Halbzeugs

- Prozessentwicklung und Parameterermittlung mit dem Ziel einer automatisierten Verarbeitung von Recyclingvliesstoffen in der SMC Gesamtprozesskette

- Charakterisierung entlang der gesamten Wertschöpfungskette

- Kostenanalyse und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die industrielle Nutzung von Vliesstoffen im SMC Prozess. Es werden sowohl die Bereiche Textilhalbzeug- als auch Bauteilherstellung betrachtet und somit die Basis für eine kurzfristige Umsetzung geschaffen. Für kleinere und mittlere Unternehmen werden Möglichkeiten geschaffen, sich als Nischenanbieter im Bereich der CFK-Bauteilherstellung zu etablieren. Im Bereich der Textilbranche werden Recyclingunternehmen gestärkt, die den Rohstoff liefern, sowie innovative und flexible Vliesstoffhersteller.

Ergebniszusammenfassung:

Kernaufgabe des vorliegenden Vorhabens war es, den bei der Produktion von kohlenstofffaserbasierten Komponenten anfallenden Verschnitt durch einen Wiedereinsatz als Vliesstoff in der Sheet Moulding Compound (SMC)-Prozesskette in hochwertige Produkte zu überführen. Hierbei lag der Fokus auf der Verringerung/Substitution des Einsatzes von Neuware durch Recyclingware oder Materialmischungen von Neuware und Recyclingware.

Im Projekt konnte die prinzipielle Eignung von rCF-Vliesstoffen für die Verarbeitung in der SMC-Prozesskette gezeigt werden. Untersucht wurde dabei sowohl die Eignung vernadelter Vliesstoffe als auch unverfestigter Vlieslagen. Im Ergebnis der Untersuchungen konnten durch Anpassung der Halbzeuge und Prozessparameter sowohl Platten im Form- als auch Fließpressen mit einer Werkzeugbelegung von 75 % erzeugt werden.

Die Charakterisierung der aus den VliesSMC-Halbzeugen hergestellten Platten zeigte, dass konkurrenzfähige Materialien im Vergleich zu auf dem Markt befindlichen Referenzprodukten aus Primärfasern entwickelt wurden. Optimierte Versuchsvarianten wiesen bei um bis zu 20 % niedrigeren Fasergehalten vergleichbare und teilweise höhere Zugfestigkeiten und Steifigkeiten auf.

Die durchgeführte Kostenbetrachtung ergab ein Einsparpotential beim VliesSMC-Prozess von ca. 25 % durch den Einsatz von rezyklierten Faserstoffen im Vergleich zur aktuell üblichen Nutzung von Primärfasern in Rovingform. Zudem besteht im Hinblick auf die werkzeugtechnische Auslegung ein hohes konstruktives und materielles Einsparpotenzial durch den niedrigeren, benötigten Werkzeuginnendruck.

Durch den ganzheitlichen Ansatz im Vorhaben konnte eine Wertschöpfungskette für den Einsatz von Kohlenstofffaservliesstoffen aufgezeigt werden.