Reaktivaggregat in zwei Größen
In-situ-Polymerisation für thermoplastische Composites
Die In-situ-Polymerisation soll der Produktion faserverstärkter Kunststoffbauteile mit thermoplastischer Polyamid-Matrix große Chancen eröffnen. Ausgehend von trockenen Verstärkungstextilien werden Polymerisation und Formgebung vereint, was in der Serienproduktion zum Beispiel in der Automobilindustrie besonders effiziente und automatisierte Prozesse ermöglichen kann.
Entscheidend für die Verarbeitungseffizienz und Produktqualität ist das von Engel gezielt für das Aufbereiten und Einspritzen von ε Caprolactam entwickelte Reaktivaggregat. Das neue – kleinere – Reaktivaggregat ist für Matrixvolumen von 10 bis 600 cm³ ausgelegt und bietet damit vor allem in Technikumsanlagen viel Flexibilität zur die Herstellung von Testbauteilen, Prüfkörpern und Bauteilen bis etwa 1,5 Kilogramm. Das zweite, größere Aggregat kann Matrixvolumina bis 1500 cm³ verarbeiten. Beide Aggregate bauen sehr kompakt. Sie integrieren die komplette Medienversorgung und reduzieren damit die für die Gesamtanlage benötigte Stellfläche.
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Bei der In-situ-Polymerisation, dem thermoplastischen RTM-Verfahren, werden vorgeformte, trockene Faserpreforms direkt in der Werkzeugkavität mit der reaktiven Matrix infiltriert. Dank der niedrigen Viskosität des ε Caprolactams im aufgeschmolzenen Zustand lassen sich die trockenen Fasern gut benetzen. Im Vergleich zum duroplastischen RTM sind längere Fließwege und ein höherer Fasergehalt möglich. So bildet sich beim Polymerisieren des ε Caprolactams zu Polyamid 6 ein besonders hoch belastbarer Verbund, der sich unmittelbar nach seiner Herstellung im selben Prozess im Spritzguss funktionalisieren lässt.
ε-Caprolactam schonend aufbereiten
Für das Einspritzen der Reaktivkomponenten haben sich servoelektrisch angetriebene Injektionskolben bewährt. Sie erlauben das präzise Einstellen des Einspritzvolumens und synchrones Einspritzen der beiden Komponenten. Auf die bei Reaktivanlagen übliche Rezirkulation wird verzichtet. Es wird nur so viel Monomer aufgeschmolzen, wie unmittelbar verarbeitet wird. Die Reaktivkomponenten haben somit eine besonders kurze Verweilzeit in der Anlage und unterliegen keiner Verweilzeitstreuung. Eine thermische Schädigung des Materials werde so unterbunden.
Ein weiterer Vorteil des Anlagenkonzepts kommt laut Engel besondere im Versuchs- und Technikumsbetrieb mit häufigen Rezeptur- und Chargenwechseln zum Tragen: Verbleibendes Restmaterial könne schnell aus der Anlage entfernt werden, ohne dass die Anlage gespült werden muss.
Neu sind magnetgekuppelte Förderschnecken für die Zuführung der festen Reaktivkomponenten. Sie sollen für den zuverlässigen und prozesssicheren Einzug der Feststoffe sorgen. Die Magnetkupplungen arbeiten berührungslos und ermöglichen ein verschleißteilfreies Abdichten für die Evakuierung der gesamten Materialzuführung. Der Feststoff wird innerhalb der vom Anwender gewählten Grenzen kontinuierlich und weitgehend unabhängig vom Einspritzvorgang zudosiert und aufgeschmolzen. Bis auf den Moment der Materialaufgabe bleiben die Feststoffbevorratung und -förderung von der darunterliegenden Aufschmelzzone thermisch und räumlich strikt getrennt. Auch während des Nachfüllens von Material in die Vorratsbehälter wird das Vakuum über dem aufgeschmolzenen Material aufrechterhalten, was die Prozesssicherheit und Produktqualität steigere.
Das Reaktivaggregat von Engel lässt sich in beiden Baugrößen mit Engel Spritzgießmaschinen aller Baureihen kombinieren. Spritzgießmaschinen mit CC300 Steuerung können nachgerüstet werden. Die vollständige Steuerungsintegration stelle sicher, dass der Gesamtprozess zentral am Maschinendisplay kontrolliert werden kann. Optional lässt sich das Reaktivaggregat mit einer eigenen CC300 Steuerung als Stand-alone-System betreiben.