Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Herstellung Rezyclat-C-Faserverstärker Organobleche durch Aufbringung der Oberflächenschlichte mittels additivierter Matrixwerkstoffe

Organobleche werden als faserverstärkte Materialien in Leichtbauanwendungen eingesetzt. Für C-Faserverstärkte Organobleche werden Neufilamente zugeschnitten. Die Kosten für ein C-faserverstärktes Organoblech belaufen sich aktuell auf 80 €/kg (Flächengewicht von 200 g/m²).

Ziel dieses Forschungsvorhaben ist es, die Kosten für C-Faserverstärkte Organobleche auf 70 €/kg (Flächengewicht von 200 g/m²) um 12,5% zu begrenzen. Dieses Ziel soll zum einen durch den Einsatz von Rezyklierten C-Fasern (rCF) umgesetzt werden. rCF sind mit 12 €/kg deutlich kostengünstiger als geschnittene Neufilamente bei einem Preis von 30 €/kg.

Zur wirtschaftlichen Verarbeitung der Fasermischung wird ein Vliesprozess eingesetzt. Da nach der Aufbereitung von Sekundärabfällen (End-of-Life) die Schlichte von den Fasern entfernt wird, muss die Schlichte erneut aufgebracht werden. Durch spezielle Additivierung von PA-Fasern soll die Schlichteaufbringung und Faser-Matrixanbindung in den Vlies- und Heißpressvorgang integriert werden, um den Aufwand einer separaten Schlichteaufbringung zu sparen. Eine nachträgliche Oberflächenmodifikation mit den gängigen Methoden kann bei rCF aufgrund ihrer unterschiedlichen Oberflächen nicht ohne großen Aufwand (Plasmabehandlung, 15 kV, 600 W Leistung des Generators) realisiert werden. Eine Verbesserung der FMH bei rCF durch Additivierung der Polymermatrix stellt einen vielversprechenden, neuen Ansatz dar.

Der potenzielle Nutzerkreis wird, parallel zum Ausbau der Leichtbauproduktion, in den nächsten Jahren noch weiter anwachsen. Die verstärkte Forschungs- und Entwicklungstätigkeit bietet zugleich immer wieder neue Ansatzpunkte für die Schaffung neuer Geschäftsfelder für innovative bestehende bzw. neu zu gründende Unternehmen, insbesondere auch aus dem Bereich der KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurde die Möglichkeit der Additivierung von PA6-Fasern als preiswerte Alternative zur Wiederbeschlichtung von pyorlisierten Carbonfasern untersucht. Die beiden Faserarten, rCF und PA6, wurden dafür zu Vliessstoffen und anschließend zu Verbundwerkstoffplatten, sogenannten Organoblechen, verarbeitet. Dabei agiert PA6 als Matrix und die eingebetteten rCF als Verstärkungsfasern. Die Festigkeit des hergestellten Verbundwerkstoffes wird maßgeblich von der Interaktion zwischen rCF und PA6 durch die Faser-Matrix-Haftung an den Grenzflächen beeinflusst.

Es wurden verschiedene Additive zur Verbesserung der Faser-Matrix-Haftung ausgewählt und ihre Eignung als Additiv untersucht. Anhand von Einzelfaser-Pull-Out-Test konnte gezeigt werden, dass die Interlaminare Scherfestigkeit und damit die Faser-Matrix-Haftung durch die Additivierung von PA6 erhöht werden kann. Es werden dabei teilweise ähnliche Werte wie mit beschlichteten Carbonfasern erreicht.

Es wurden Hybridvliese aus dem additivierten PA6 und rCF hergestellt und anschließend zu Organoblechen verpresst. Die Verwendung des Sizings Delion wirkt sich jedoch nur teilweise positiv auf die mechanischen Eigenschaften aus.

Zusätzlich wurde als Alternative zu herkömmlichen Verfestigungsverfahren wie Vernadelung und Kalandrierung, das Ultraschall-Kalandrierverfahren untersucht. Das Ultraschallverfahren benötigt keine Anfahrzeiten oder ein Aufheizen wie es bei anderen thermischen Verfahren nötig ist. Allerdings sind die initialen Investitionskosten wesentlich höher.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Additivierung von Matrixfasern (hier PA6) für bestimmte Eigenschaften Potential bietet, sofern die Prozesskette genau auf die Additive und die Prozessparameter abgestimmt wird. Allerdings stellt die Additivierung der Matrixfasern keine generelle wirtschaftliche Alternative zur Wiederbeschlichtung von rCF dar, da die Kostenersparnis sehr gering bis gar nicht vorhanden ist.