Leichtbau mit Kunststoff

Die Gruppe kümmert sich nach eigenen Angaben um die Entwicklung marktfähiger Materialien und Technologien zur Fertigung von Hochleistungsfaserverbund-Bauteilen. Aufgrund des breiten Produktportfolios ist es der BASF möglich, drei Kunststoffmatrix-Systeme parallel zu untersuchen und anzubieten. In enger Zusammenarbeit mit den Kunden will das Unternehmen diese Systeme weiterentwickeln. „Wir können hier auf das Know-how in der Epoxidharz-, der Polyurethan- und der Polyamid-Chemie zugreifen, wollen im Team die Synergien nutzen und werden in den nächsten Jahren einen zweistelligen Millionenbetrag in die Entwicklung investieren“, erläutert Willy Hoven-Nievelstein, Leiter der Geschäftseinheit Engineering Plastics Europe bei der BASF.

RTM und FVK in der Serie

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Die Verarbeitungstechnologie hinter den neuen Werkstoffen ist das Resin Transfer Molding (RTM), in dem große und komplexe Verbund-Bauteile in einem Press-Form-Prozess entstehen. Gutes Fließvermögen und vor allem kurze Aushärtezeit der Kunststoffkomponenten sind neben der mechanischen Leistungsfähigkeit des fertigen Faserverbundbauteils die zentralen Herausforderungen bei allen drei Materialgattungen. Unter den Marken Baxxodur und Elastolit R sind bereits Lösungen auf Basis von Epoxidharz und Polyurethan-Systemen am Markt. Epoxidharzsysteme finden sich schon heute beispielsweise in den Rotorblättern von Windanlagen. Beide Materialien arbeiten mit neuartigen Härtungsmechanismen: Sie tränken die Faser-Textilstrukturen durch ihre niedrige Anfangsviskosität sehr gut, härten dann aber innerhalb weniger Minuten aus. Sie sind selbsttrennend und können auf gängigen Hoch- und Niederdruckanlagen verarbeitet werden.

Die neuen Polyamid-Systeme, die sich zurzeit in der Entwicklung befinden, sollen sich zudem thermoplastisch recyceln und leicht schweißen lassen. Besonderen Aufwand steckt die BASF in das beschleunigte Aushärten der drei Kunststoff-Matrixsysteme und damit in die weitere Verkürzung der Zykluszeiten. Solche Strukturbauteile für Chassis oder Karosserie lassen sich nur aus Verbundwerkstoffen auf Basis endloser Carbon- oder Glasfasern herstellen und sie erfordern Fasergehalte von etwa 65 Gewichtsprozent. Endlosfasern sind heute schon im Flugzeugbau, in der Windenergiegewinnung, im Anlagen- und Prototypenbau sowie in automobilen Kleinserienanwendungen im Einsatz. Carbonfasern bieten als Verstärkungsmaterial hohe Steifigkeit und sind daher von besonderem Interesse. Wichtig für die schnelle Markteinführung der Matrixsysteme sind jedoch neben der Leistungsfähigkeit eines Verstärkungsmaterials auch Preis und Verfügbarkeit. Hier zeigen Glasfasern ein hohes Potenzial: Ihre mechanische Leistungsstärke ist bei weitem noch nicht ausgereizt.
Die Gesamtsysteme aus Kunststoff-Matrix und Faserverstärkung müssen darüber hinaus prozesssicher sein und sollten sich zügig in die Großserie übertragen lassen. Sie werden zu einer Gewichtsreduktion gegenüber konventionellen Metallteilen von etwa 50 Prozent führen.

Multimaterialsysteme nutzen

Etablierte Technologien, die Metalleinleger oder Endlosfaser-verstärkte Einleger auf Basis von Organoblechen oder UD-Tapes (unidirektionale Fasergelege) im Kunststoff einbetten, ergänzen den neuen Ansatz. Endlosfaserverstärkte Deckschichten lassen sich darüber hinaus mit leichten Schaumkernen zu hochwertigen Sandwichstrukturen kombinieren, die gute Bauteilsteifigkeit und Isoliereigenschaften bei niedrigem Gewicht aufweisen. Die hierfür entwickelten PUR-Schäume zeichnen sich durch hohe Druckfestigkeit und Temperaturbeständigkeit bei niedriger Dichte aus. „Ohne solche Multimaterial-Systeme wird der nächste große Sprung im automobilen Leichtbau nicht möglich sein“, so Volker Warzelhan, Leiter der Forschung Thermoplastische Kunststoffe. Parallel dazu erweitert das Unternehmen ihr Simulationswerkzeug, um auch das Verhalten komplexer Endlosfaserverbundstrukturen vorhersagen zu können.

Fakuma, Halle B4, Stand 4306