Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen zur Verarbeitung von angepassten Kohlenstofffaservliesstoffen in der Hochdruck-Resin Transfer Molding Prozesskette

Kernaufgabe des vorliegenden Vorhabens ist es, den bei der Produktion von Kohlenstofffaserbasierten Komponenten anfallenden Verschnitt in hochwertige Lösungen zum Wiedereinsatz in der Produktion zu überführen.

Abgeleitet aus dem bekannten Stand der Forschung und Entwicklung ist das Forschungsziel des vorliegenden Vorhabens, die Einsatztauglichkeit spezifisch auf die Verarbeitung in der Hochdruck-RTM (HP-RTM) Prozesskette angepasster Recyclingvliesstoffe (rCF-Vliesstoffe) zu untersuchen und wirtschaftliche Prozessrouten von der trockenen Faser bis zum Endbauteil aufzuzeigen.

Beginnend bei der Herstellung der Vliesstoffe aus Produktionsabfällen müssen optimale Verfahren und Bedingungen identifiziert werden, die eine erfolgreiche Weiterverarbeitung der Halbzeuge in großserienfähigen Fertigungsverfahren, wie der HP-RTM Prozesskette, garantieren.

Aufbauend darauf soll die Wertschöpfungskette mit der bei den Projektpartnern verfügbaren Anlagentechnik, die für Untersuchungen im Maßstab einer Serienproduktion geeignet ist, im Rahmen von Grundlagenuntersuchungen für den Einsatz von rCF-Vliesstoffen qualifiziert werden.

Die Projektpartner sehen dringenden Handlungsbedarf, um zentrale Fragen zur Verwertung von Produktionsabfällen zu untersuchen. Um die Potentiale und Herausforderungen von rCF-Vliesstoffen bewerten zu können, muss die grundsätzliche Eignung für die HP-RTM Prozesskette auf wissenschaftlicher Basis evaluiert werden. Durch eigens durchgeführte Vorversuche konnte gezeigt werden, dass eine Verarbeitung mit den erwähnten Technologien grundsätzlich möglich ist. Allerdings wurden Herausforderungen identifiziert, die im Rahmen des Vorhabens auf wissenschaftlicher Ebene evaluiert und bewertet werden müssen. Die Fertigung von Bauteilen anhand einer Testgeometrie soll schließlich die Realisierbarkeit des Einsatzes von rCF-Vliesstoffen aufzeigen. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung soll Einsatzpotenziale und möglichen weiteren Forschungsbedarf aufzeigen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt fand zunächst eine Überprüfung der Eignung unterschiedlicher Carbonfaserabfälle als Ausgangsmaterial für die Vliesstoffherstellung statt. Besonders geeignet zur Herstellung von Vliesstoffen erwiesen sich trockene Verschnittreste, welche als Absaugreste bei der Gelegeherstellung anfallen.

Weiterhin wurden unterschiedliche Vliesbildeverfahren (Airlay- oder Krempelverfahren), kombiniert mit inline Verfestigungsmethoden, wie Vernadelung und Nähwirkverfahren (Typ Maliwatt), hinsichtlich ihrer Eignung überprüft. Hierbei standen die Drapierbarkeit bzw. das Handling, das Kompaktierverhalten sowie die Permeabilität des Faserhalbzeuges im Vordergrund.

Die hohen Fließwiderstände im Halbzeug, bedingt durch die Verfestigung mittels Vernadelung (z-Orientierung der Fasern) stellten die größte Herausforderung bei der Imprägnierung im HP-RTM-Prozess und Nasspressverfahren dar. Die besten Ergebnisse hinsichtlich Imprägnierung und mechanischer Laminat-Kennwerte konnten mit einer Krempelvariante in Kombination mit der Vernadelung erzielt werden. Aufgrund des Krempelprozesses liegen die Fasern, im Vergleich zum Airlayprozess, orientierter vor, was Fließwiderstände minimiert und den Imprägnierprozess vereinfacht.

Weiterhin wurden im Rahmen des Projektes sog. „Vliesstoffkomplexe“ entwickelt. Airlayvliesstoffvarianten wurden mit ±45°-Carbonfasertapelagen kombiniert, so dass multiaxial verstärkte Vliesstoffe aus recycelten Carbonfasern (rCF) als Halbzeuge für Faserverbundwerkstoffe entstanden. Die Bildung dieses Hybridverbundes, bestehend aus Carbon-Primärfasertapes mit rCF-Vliesstoffen, führt zu höherer Steifigkeit und Festigkeit des hergestellten Materials.

Im Projekt wurde die Möglichkeit der online Binderapplikation mittels Pulverstreuer und Flachbettkaschieranlage überprüft und erste Ergebnisse erzielt.

Im Ergebnis des Projektes wurde ein Demonstrator aus dem Automobilbereich gefertigt.