Rotationssymmetrische Composite-Strukturen

Nasswickeln mit Thermoplasten

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) erforscht einen neuen Ansatz zur Fertigung rotationssymmetrischer Composite-Strukturen mit thermoplastischer Matrix. Hierzu entwickelte das Institut eine Anlagentechnik, die in-situ polymerisierende Thermoplaste im Wickelverfahren verarbeitet.

Am IKV entwickelte Anlagentechnik zur Verarbeitung von in-situ polymerisierenden Thermoplasten (Foto: IKV)

Zur Senkung des Gewichts werden rotationssymmetrische Bauteile wie Antriebswellen oder Druckbehälter zur Gasspeicherung aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) heute bereits im etablierten und wirtschaftlichen Wickelverfahren hergestellt. Meist ist man dabei allerdings auf duroplastische Matrixwerkstoffe beschränkt. Sie Diese weisen im Vergleich zu Thermoplasten eine schlechtere Impact-Resistenz, beispielsweise gegen Steinschlag, auf, sind nicht schweißbar, beispielsweise zur Anbindung von Montageelementen, und nur bedingt recyclingfähig.

Der neue Ansatz sieht vor, einen Thermoplasten nicht schmelzeförmig sondern, ähnlich wie einen duroplastischen Reaktionskunststoff, reaktiv im Wickelverfahren zu verarbeiten. Das IKV hat dazu die notwendige Anlagentechnik entwickelt und installiert.

Die Verstärkungsfasern (Rovings) werden zunächst getrocknet und erwärmt, um die für die Polymerisation schädliche Umgebungsfeuchtigkeit zu entfernen. Anschließend werden sie mit einem niedrigviskosen, monomeren Reaktionssystem imprägniert. Eine speziell auf den Prozess angepasste Misch- und Dosieranlage des Typs Marmax 122B von Mahr stellt das Reaktionssystem zur Verfügung. Die Polymerisation findet zunächst in einer gekapselten Vorpolymerisationsstrecke statt, in der die Viskosität soweit zunimmt, dass es nicht zu einem Abtropfen der Matrix vom Roving kommt. Nach dieser Vorpolymerisation wird der Verbund aus Roving und vorpolymerisierter Matrix auf dem Wickelkern abgelegt. Der Wickelkern ist durch einen speziellen Umluftofen temperiert und gekapselt, so dass der gesamte Prozess vom Roving bis zum Produkt von der Umgebung abgeschirmt ist.

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Das Projekt wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

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