Spaltimprägnieren
Kompaktes Polyurethan in der FVK-Verarbeitung
Das Spaltimprägnieren ist ein noch junges Verfahren zur Herstellung von Hochleistungsbauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) in nur wenigen Minuten. Die Entwickler beschreiben den Ablauf als RTM-ähnlichen Prozess, in dem ein temporärer Fließspalt erzeugt wird. Er und die Schrägstellung des Werkzeugs bewirken demnach eine schnelle, widerstandsarme und reproduzierbare Injektion des Harzsystems. Die schnelle Imprägnierung des Preforms in nur wenigen Sekunden ermögliche die Verwendung von hochreaktiven Harzsystemen, die für die großserientaugliche Bauteilherstellung notwendig sind.
Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) wurde bereits 2009 eine automatisierte Spaltimprägnieranlage entwickelt und im Technikum aufgebaut. Neuere Untersuchungen an der Anlage zielen darauf ab, neben Epoxidharzsystemen alternative Harzsysteme wie Polyurethane (PUR) zur Serienfertigung von FVK-Bauteilen einzusetzen. BASF Polyurethanes hat in Zusammenarbeit mit dem IKV ein neues hochreaktives und kompakt vernetzendes PUR-System für FVK entwickelt.
Besonderes Augenmerk bei den Untersuchungen liege auf dem Nachweis und der Optimierung einer langen offenen Verarbeitungszeit der PUR-Systeme während der Injektion und Imprägnierung der FVK-Bauteile bei gleichzeitig schneller und latent einsetzender Vernetzung mit isothermer Werkzeugtemperierung. Zusätzlich wird das Entformungsverhalten bei der Anwendung von internen Trennmitteln analysiert.
Für die Untersuchungen wurden ebenen auch gekrümmte Bauteile mit Dickensprung und einer projizierten Fläche von 500 x 500 Millimeter aus Glasfaser- und Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen hergestellt. Der Faservolumenanteil der endlosfaserverstärkten Bauteile liegt unabhängig von der Verstärkungsfaser zwischen 45 und 50 Prozent. Es wurden laut Institut Prozesszeiten unter sechs Minuten, beginnend mit dem Schließvorgang des Werkzeugs bis zur Entnahme des vernetzten Bauteils, realisiert. In Abhängigkeit von dem Bauteilvolumen entfallen davon maximal 23 Sekunden auf die Injektion, Imprägnierung und Konsolidierung und etwa vier Minuten auf die Vernetzung der Bauteile in dem auf 80 Grad Celsius isotherm beheizten Werkzeug. Eine ausreichend lange Verarbeitungszeit der latent reagierenden PUR-Systeme sei somit im Imprägnier- und Konsolidierprozess nachgewiesen worden. Eine neue Modifikation der PUR-Systeme mit internen Trennmitteln ermöglicht zudem eine prozesssichere Entformung. Die Imprägnierqualität der Bauteile sei sehr gut und mit denen von hochreaktiven Epoxidharzsystemen vergleichbar. Somit sei die von BASF entwickelten PUR-Systeme eine attraktive Alternative zu Epoxidharzsystemen.
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