Composites der nächsten Generation

Mobile elektronische Geräte leicht und robust machen

Notebooks, Tablets, Fernsehgeräte und Smart Phones sollen immer schneller, dünner, leichtgewichtiger und trotzdem robuster werden. Sie sollen ein anspruchsvolles und modisches Design haben, sich „cool“ und „authentisch“ anfühlen und trotzdem aus nachhaltigen Materialien hergestellt werden. Metalle und herkömmliche Verbundwerkstoffe stoßen hier schnell an ihre Grenzen.

Electronic Devices sollen smart, leicht, stabil und natürlich „cool“ sein. Eine neue Composite-Technologie ermögliche das auf Basis von thermoplastischen Kunststoffen und Carbonfasern für dünnwandiger Gehäuse und anderer Bauteile. (Bilder: Covestro)

Eine neue Composite-Technologie für die effiziente Herstellung von Gehäusen und anderen Bauteilen, basierend auf thermoplastischen Kunststoffen und Carbonfasern, soll diese Anforderungen erfüllen. Covestro stellt daraus endlos-faserverstärkte Folien und Platten für die weitere Verarbeitung durch Kunden her. Ihre besondere Stärke zeigen CFRTP (continuous fiber-reinforced thermoplastic composites; endlosfaser-verstärkte thermoplastische Composites) beim Einsatz in Produkten der Unterhaltungselektronik: Sie bieten nach Unternehmensangaben das beste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aller marktgängigen Composites und übertreffen in dieser Hinsicht auch Metalle. Damit seien sie besonders geeignet zur Herstellung dünnwandiger, leichtgewichtiger und zugleich robuster Teile für IT-Geräte. Außerdem erfüllen sie die Brandschutzklassifikation UL94 V-0 der Underwriters Laboratories.

Kern der Composites sind unidirektional verstärkte Folien aus Endlos-Carbonfasern (UD-Folien). Mehrere Lagen der UD-Folien werden aufeinander geschichtet, geschnitten und anschließend laminiert. Das Ergebnis seien sehr steife und leichtgewichtige Composite-Platten ohne Verzug oder Schrumpf. Die Zahl der Schichten, ihre Richtung und Stapelfolge kann anwendungsspezifisch optimiert werden.

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Die äußere Wahrnehmung der Platten-Rohlinge ist anders als bei typischen Kunststoff-Halbzeugen: Sie haben eine organisch anmutende Narbung und fühlen sich, so Covestro, „cool“ an aufgrund der guten Wärmeleitung. Bei Schlägen klingen sie metallisch.

Schnelle und flexible Herstellung

Im Gegensatz zur Kleinserienfertigung aus duroplastischen Materialien seien CFRTP für eine kosteneffiziente und flexible Massenproduktion geeignet. Dazu tragen die kurzen Zykluszeiten – mit nur wenig manueller Arbeit – und die hohen Ausbeuten bei.

Die Lieferketten sind klar definiert. Platten aus CFRTP können einfach transportiert werden, ohne Kühlung oder Spezialbehandlung. Beim Kunden erfolgt dann die weitere Verarbeitung im Thermoformen, Hinterspritzen, CNC-Fräsen oder andere Verfahren. Zu diesem oder einem späteren Zeitpunkt können weitere Design-Merkmale hinzugefügt werden. Anders als duroplastische Werkstoffe können, so versichert der Hersteller, die Composites am Ende ihrer Nutzungsdauer einfach recycelt werden.

Aufgrund dieser Vorteile sieht Covestro gute Chancen für einen künftigen Markterfolg seiner thermoplast-basierten Composites und investiert in deren weitere Entwicklung. Neben Forschungsaktivitäten und der Übernahme eines Unternehmens für Verbundwerkstoffe im vergangenen Jahr zielen aktuelle Aktivitäten auf den schrittweisen Aufbau eines globalen Produktionsnetzs und die Erweiterung des Produktportfolios. Zudem werde mit Maschinenherstellern und Carbonfaser-Lieferanten zusammengearbeitet, um die Einführung der Technologie weiter voranzutreiben.

Trendiges Design, hochwertige Oberflächen

Produktdesignern eröffnen sich mit den Composites vielfältige Gestaltungsfreiheiten. So lassen sich verschiedene Kombinationen von Harz und Fasern für optische Effekte nutzen, außerdem Texturen erzeugen, zum Beispiel im Werkzeug oder durch Sandstrahlen, CNC-Fräsen oder Laserschneiden. Weitere Möglichkeiten ergeben sich durch Lackierung oder verschiedene Druck- und Prägeverfahren. In die Bauteile können Öffnungen und Funktionen integriert werden. Wanddickensprünge sind ebenso möglich wie der Einbau von Fenstern, die transparent sind für RF (Radiofrequenz-) Strahlung.

Zielmarkt Auto- und Transportindustrie

Mit den genannten Vorteilen könnten sich auch neue Möglichkeiten der Gestaltung von Bauteilen für Automobile und die Transportindustrie ergeben. Hierzu zählen Türverkleidungen, Karosserieteile und Rückenlehnen für Pkw. Aufgrund ihres geringen Gewichts leisten die Materialien einen Beitrag zur Treibstoff-Einsparung und zur Senkung von CO2-Emissionen. In Bussen, Lkw und Eisenbahnwaggons sind zum Beispiel Innen- und Außenverkleidungen aus den Composites denkbar.

K 2016, Halle 6, Stand A75

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