Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung des Einsatzpotentials der Klebtechnik zum Fügen von endlos naturfaserverstärkten Kunststoffen im Automobil-Bereich

Der verstärkte Einsatz von naturfaserverstärkten Kunststoffen aus versponnenem Garn mit duroplastischen Matrices bedingt die Optimierung klebtechnischer Fertigungsverfahren. Ziel dieses Vorhabens ist es, die Klebtechnik als Fügeverfahren für NFK voranzutreiben, um zukünftig auch strukturelle Verbindungen herstellen zu können. Hierbei sollen Einflussgrößen der Klebstoffart, der Vorbehandlung und der Faserorientierung insbesondere auch im Hinblick auf die Alterungseffekte untersucht werden.

In diesem Forschungsprojekt werden Einflussgrößen auf die mechanischen Eigenschaften und die Alterungsbeständigkeit von geklebten FVK auf Basis von Flachsfasern identifiziert und analysiert. Hierzu ist es notwendig, zu Beginn eine umfassende Charakterisierung aller relevanten Eigenschaften, der verwendeten Materialien (Harze, Klebstoffe, Fasermaterialien und -halbzeuge) und des für die Klebversuche verwendeten Verbundwerkstoffs durchzuführen. Daran anschließend erfolgt die Untersuchung der Einflüsse der Oberflächenvorbehandlung, der Faserverscherung in der Fügestelle sowie der Klebstoffeigenschaften auf die Verbundcharakteristika unter Berücksichtigung der Alterung. Auf Basis der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse über Einflussgrößen und deren Auswirkungen werden Handlungsempfehlungen für das Verkleben von NFK erstellt und für den Anwender in Form eines Merkblatts aufbereitet.

Eine wirtschaftliche Stärkung der gesamten Lieferkette, von der heimischen Land- und Forstwirtschaft über Automobilzulieferer bis hin zum Automobilhersteller, ist aufgrund der zahlreichen Vorteile, die NFK gegenüber anderen Materialien bieten, zu erwarten. Dabei sind Unternehmen der Naturfaserherstellung, –aufbereitung und –weiterverarbeitung primär den kmU zuzuordnen, wobei sich für diese erhebliche wirtschaftliche Vorteile ergeben.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde ein NFK-Verbund mittels Vakuuminfusion, der aus Endlosfasern bzw. Naturfasergelege und einer

duromeren Epoxidharzmatrix besteht, hergestellt.

In einem ersten Schritt wurden NFK mittels Infusionsprozess hergestellt und auf ihre mechanischen Eigenschaften

hin untersucht. Hierzu wurden ausgewählte Parameter während der Herstellung betrachtet, um den Einfluss auf

die Verbundeigenschaften einschätzen zu können. Es zeigte sich, dass trotz diverser Modifizierung des

Herstellprozesses lediglich ein Faservolumengehalt von 42% möglich ist. Die NFK erreichten Zugfestigkeiten von

ca. 110 MPa (0°/90°). Allgemein kann gesagt werden, das die niedrigen Festigkeiten auf den geringen

Faservolumengehalt zurückzuführen sind. Der Faserverbund zeigt Schubfestigkeit wie herkömmliche

glasfaserverstärkte Kunststoffe, dementsprechend sollte ein späteres Bauteil auf Schub und nicht auf Zug

belastet werden.

Neben den mechanischen Eigenschaften wurde auch der Feuchteeinfluss auf die Verbunde beurteilt. Die

Untersuchungen zeigen, dass es dringen erforderlich ist die NFK vor Feuchtigkeit zu schützen. Denn die

Naturfasern nahmen über die Schnittkanten aber auch über Fehlstellen in der Matrixoberfläche sehr schnell

Feuchtigkeit auf und es kam zu einer Prüfkörperschädigung, die die Festigkeit herabgesetzt hat. Aufgrund des

immensen Einflusses der Feuchtigkeit auf die mech. Eigenschaften non NFK wird empfohlen eine Versiegelung

der besäumten Kanten und ggf. eine Lackierung des Bauteils vorzunehmen.

Bei Vermeidung von Feuchte kann NFK im semi-strukturellen Bereich eingesetzt werden. Es wird jedoch

empfohlen, bedingt durch die starke Streuung der ermittelten Biege- und Zugfestigkeiten konservative Werte zur

mechanischen Auslegung von Bauteilen zu verwenden. Diese Streuung ist hauptsächlich im Halbzeug begründet

und bietet großes Potential für weitere Verbesserungen und Forschungsansätze.