Neue Leichtbau-Möglichkeiten

Aktuelle Entwicklungen mit Polyurethanen und Polycarbonaten

Hohe Festigkeit und ein geringes Gewicht eröffnen Composites auf Basis von Polyurethanen und Polycarbonaten vielseitige Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Anwendungen und Branchen – nicht nur im Fahrzeugbau. Neben der Integration zusätzlicher Funktionen und Gewichtsreduktionen bieten sie ein breites Potenzial für Kostensenkungen bieten.

Covestro, Saertex und Hübers haben eine neue Technologie für die Fertigung von Rotorblättern für Windkraftanlagen entwickelt. Unter anderem wurde der Prototyp eines 45 Meter langen Holmgurts produziert, der die Windlast im Rotorblatt aufnimmt. (Bild: Duplexmedia)

Ein wichtiges Schwerpunktthema ist die Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen. Gemeinsam mit Saretex, Hersteller von Glas-Gelegen, hat Covestro eine innovative Technologie für die Fertigung von Rotorblättern für Windkraftanlagen entwickelt. Sie werden nach dem Vakuum-Infusionsverfahren aus Polyurethanharz und Glasfasergelegen hergestellt.

Das Polyurethanharz benetze die Glasfasern sehr gut und bilde einen sehr robusten, aber leichtgewichtigen Verbund. Berücksichtige man die Vorteile gegenüber den bisher eingesetzten Epoxidharzen, biete die PU-Harz-Variante die ideale Voraussetzung für die künftige Herstellung noch größerer und damit effizienterer Windkraftanlagen. Erst kürzlich wurde der Prototyp eines 45 Meter langen Holmgurts für Rotorblätter hergestellt, wie dieses Video zeigt.

Die Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen ist auch die Basis für Solar Impulse, ein Pionierprojekt der Luftfahrtpioniere Bertrand Piccard und André Borschberg. Mit einem nur von Solarkraft betriebenen, extrem leichtgewichtigen Flugzeug wollen sie in diesem Jahr ihre Weltumrundung fortsetzen und erfolgreich beenden. Covestro ist Projektpartner und technischer Partner des Projekts und zeichnet für Design und Konstruktion des Cockpits im aktuellen Flugzeug verantwortlich. Darin sorgt unter anderem ein spezielles Polyurethan-Hartschaumsystem für Gewichtseinsparungen und den Schutz der Piloten.

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Endlosfaserverstärkte Verbundwerkstoffe auf Basis von Polycarbonat haben Perspektiven in der IT-Industrie, im Auto- und Transportsektor sowie im Konsumgüterbereich. Eine neue Technologie soll die kostengünstige Produktion von Teilen Sandwichbauweise mit glatten Oberflächen ermöglichen. (Bild: Covestro)

Von der Natur gelernt
Auch die Autokarosserie der Zukunft ist leichtgewichtig und leistet damit einen Beitrag zur Energieeinsparung im Verkehr. Faserverstärkte Kunststoffe haben sich hier bereits sehr gut etabliert, da sie neben Gewichtseinsparungen auch für eine hohe Steifigkeit des Fahrzeugs sorgen. Covestro hat eine neue Technologie für die Konstruktion von Teilen in Sandwichbauweise entwickelt, die zusätzlich den Verbraucherwunsch nach glatten, hochwertigen Oberflächen erfüllen soll: Das Bauteil wird aus Endlos-Glasfasergelegen mit einem thermoplastischen Polymer auf Basis von Polycarbonat hergestellt. Der Aufbau des Teils aus einem geschäumten Kern mit glatter, kompakter Außenhaut hat einige Ähnlichkeit mit dem eines Knochens. Polycarbonat-basierte, endlosfaserverstärkte Verbundwerkstoffe haben aus Sicht von Covestro in der IT-Industrie, im Automobil- und Transportsektor sowie im Konsumgüterbereich vielversprechende Perspektiven.

Hohe Sicherheit für Autoinsassen
Um robuste und leichte Strukturbauteile geht es auch bei einer weiteren Entwicklung, die auf einem neuen Polyurethan-Matrixsystem der Baydur-Reihe basiert. Der besondere Vorteil gegenüber vergleichbaren Harzsystemen sei die dreifach erhöhte Energieaufnahme der Kohlefaser-Composites. Im Falle eines Autounfalls bietet der Werkstoff somit ein höheres Maß an Sicherheit für die Insassen.

An der Materialentwicklung waren mehrere Automobilzulieferer beteiligt: Thyssenkrupp stellte daraus in seinem Composite-Technikum in Dresden Prototypen her, die nach Unternehmensangaben bei Materialprüfungen sehr positiv bewertet wurden. Die Fertigung der Teile geschieht mit Hilfe des modernen Hochdruck-Harzinjektionsverfahrens (High Pressure Resin Transfer Molding, HP-RTM). Die Zykluszeiten liegen bei wenigen Minuten.
Darüber hinaus entwickelt Covestro zurzeit ein neues Verfahren
sowie Produkte für die einkomponentige Herstellung von Polyurethan-Composites. Die Werkstoffe sollen in leichten Bauteilen zum Einsatz kommen und zeichnen sich durch gute Beständigkeit gegen Bewitterung und Chemikalien aus.

Ein neues Matrixsystem für Carbonfaser-Strukturbauteile vor allem für Anwendungen im Fahrzeugbau soll gegenüber vergleichbaren Harzen mit einer dreifach erhöhten Energieaufnahme und damit einem sehr hohen Sicherheitsniveau punkten. Hier der Prototyp eines Bauteils, das mit Hilfe des Hochdruck-Harzinjektionsverfahrens (HP-RTM) hergestellt wurde. (Bild: Covestro)

Optimale Wirkung von Glasfasern
Um ihre Funktion zur Verstärkung von Kunststoffen optimal entfalten zu können, werden Glasfasern unmittelbar nach ihrer Herstellung mit einer so Schlichte benetzt. Sie schützt die Glasfasern beim anschließenden Aufwickeln vor gegenseitiger mechanischer Beschädigung. Ihre eigentliche Wirkung zeigt die Schlichte jedoch in glasfaserverstärkten Kunststoff-Composites, wo sie für den mechanischen Verbund zwischen Kunststoffmatrix und Glasoberfläche und damit für die Festigkeit der Composites verantwortlich ist.

Wässrige Polyurethan-Dispersionen des Baybond-Sortiments werden als Bindemittel in Glasfaserschlichten für thermoplastische Kunststoffe eingesetzt. Sie zeichnen sich, so der Anbieter, durch gute Filmbildung, Haftung und Farbechtheit aus. Außerdem gewährleisten sie hohe mechanische Festigkeit, Wärme- und Hydrolysebeständigkeit und sind mit gängigen Additiven kompatibel. Neu im Programm sind Dispersionen für faserverstärkte Kunststoffe, die für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen sind. Zurzeit arbeite Covestro daran, Produkte für Thermoset-Anwendungen serienreif zu machen.

Der Sonne entgegen mit dem richtigen UV-Schutz
Zum Schutz von faserverstärkten Kunststoffen gegen verschiedene Umwelteinflüsse entwickelt das Unternehmen zurzeit neue, kostengünstigere Verfahren sowie Produkte für die Herstellung von witterungsbeständigen Polyurethan-Composites. Die Werkstoffe sollen in Bauteilen für Außenanwendungen wie an Solarmodulen zum Einsatz kommen und zeichnen sich außerdem durch hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlen und Chemikalien aus.

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