Metallersatz leichter machen

Langfaserverstärkte Granulate noch leichter

Die Rücksitzlehne aus Grilon TSGL-50/4.

Langfaserverstärkte Polyamide eignen sich in vielen Anwendungen als Metallersatz, auch und besonders im Automobilbau. Gegenüber klassischen Compounds sollen sich mit neuen Werkstoffen die Bauteilgewichte weiter senken lassen.

Langfaserverstärkte Werkstoffe bieten dank der Fasern mit bis zu 10 mm Länge gute thermomechanische Eigenschaften bei Polyamid-spezifischen Merkmalen wie Chemikalienbeständigkeit und Oberflächenqualität. LFT-Werkstoffe behalten auch jenseits der Glasübergangstemperatur noch über gute mechanische Kennwerte. Zudem sorgen die Fasern für höhere Arbeitsaufnahme, und Wärmeformbeständigkeit, ein besseres Verhalten bei erhöhten und sehr niedrigen Temperaturen sowie weniger Verzug. Als Faustformel nennt Anbieter EMS: Es können 10 Prozent weniger Fasern eingesetzt werden, um vergleichbare Eigenschaften wie klassische Compounds zu erzielen - ein Dichtevorteil von etwa 9 Prozent. Das langfaserverstärkte Grilamid LCL-3 beispielsweise kombiniere die Dichte von 1,15 g/cm³ mit 250 MPa Festigkeit.

Diese Vorteile prädestinieren die LFT-Produkte für den Metallersatz im Automobilbau, wo Gewichts- und Kostenreduktionen eine große Rolle spielen. Das zeige sich beispielsweise bei der Rücksitzlehne des Audi A8, die aus dem mit 50 Prozent Langglasfasern verstärkten Grilon TSGL-50/4 besteht. Der Werkstoff biete Steifigkeit auch bei hohen Temperaturen und sorge für ein zähes Bruchverhalten, was sich vor allem bei einem möglichen Seitencrash positiv auf die Sicherheit der Fahrgäste auswirkt. Die hohe Kerbschlagzähigkeit und eine geringe Verzugsneigung ergänzen das Materialprofil.

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Neue Werkstoffentwicklungen sollen die für den Metallersatz relevanten Eigenschaften verbessern und neue Anwendungsfelder erschließen. Mit neu entwickelten Glasfaser-Rovings sei erstmals ohne Verwendung von Kohlenstofffasern ein Spritzgießmaterial (Grivory GVL-6H HP) entwickelt werden, das eine Bruchspannung von mehr Als 300 MPa im Zugversuch nach ISO 527 erreicht. Die neuen Fasern weisen eine andersartige Geometrie und damit auch ein anderes Längen-Dicken-Verhältnis auf - sowohl im 10 Millimeter-Granulat als auch im spritzgegossenen Bauteil. Damit werde außerdem eine bessere Oberflächenqualität möglich, was eine Kombination guter Oberflächen und außergewöhnlicher mechanischer Eigenschaften erlaube.

Eine weitere neue Option des Leichtbaus ist die Tape-Technology (ETT). Dabei handelt es sich um gerichtete Endlosfasern, die vollständig imprägniert sind als Tapes (Bänder) geliefert werden. Mit ihrer Hilfe könne beispielsweise die Bindenahtfestigkeiten bei Bauteilen massiv erhöht werden. In Zusammenarbeit mit der Hochschule für Technik Rapperswil (Schweiz) wurden Technologien zum Einlegen der Bänder entwickelt und durch Untersuchungen Kennwerte an einem eigens zu diesem Zweck entwickelten Demonstrator-Bauteil erarbeitet. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass Bereiche mit Bindenähten mit Einsatz eines Bandes eine bis zu doppelt so hohe Festigkeit erreichen. Die Biegefestigkeiten werden demnach quasi unabhängig von der Struktur des Basisteils erreicht, egal ob hoch oder weniger orientiert oder sogar durch eine Bindenaht geschwächt. Auch weitere Eigenschaften wie Kriechen oder Dauer-, Wechsel- sowie Schwellfestigkeiten werden so verbessert.

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