IKV: 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. In diesem RTM-ähnlichen Prozess wird ein temporärer Fließspalt erzeugt. Dieser temporäre Fließspalt und die Schrägstellung des Werkzeugs bewirken eine schnelle, widerstandsarme und reproduzierbare Injektion des Harzsystems. Die sehr schnelle Imprägnierung des Preforms in nur wenigen Sekunden ermöglicht die Verwendung von hochreaktiven Harzsystemen, die für die großserientaugliche Bauteilherstellung notwendig sind.

Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen wurde bereits 2009 eine automatisierte Spaltimprägnieranlage entwickelt und im IKV Technikum aufgebaut. Neuere Untersuchungen an der Anlage zielen darauf neben Epoxidharzsystemen alternative Harzsysteme, wie z.B. Polyurethane (PUR) zur Serienfertigung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen (FVK) einzusetzen. Die BASF Polyurethanes GmbH, Lemförde, hat in Zusammenarbeit mit dem IKV ein neues hochreaktives und kompakt vernetzendes PUR-System für FVK entwickelt.

Besonderes Augenmerk bei den Untersuchungen liegt 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 neben ebenen Bauteilen auch gekrümmte Bauteile mit Dickensprung und einer projizierten Fläche von 500 x 500 mm² aus Glasfaser und Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoffen hergestellt. Der Faservolumenanteil der endlosfaserverstärkten Bauteile liegt unabhängig von der Verstärkungsfaser zwischen 45 und 50 Prozent. Es konnten Prozesszeiten unter sechs Minuten, beginnend mit dem Schließvorgang des Werkzeugs bis zur Entnahme des vernetzten Bauteils realisiert werden. In Abhängigkeit von dem Bauteilvolumen entfallen davon max. 23 Sekunden auf die Injektion, Imprägnierung und Konsolidierung und ca. vier Minuten auf die Vernetzung der Bauteile in dem auf 80 °C isotherm beheizten Werkzeug. Eine ausreichend lange Verarbeitungszeit der latent reagierenden PUR-Systeme konnte somit im Imprägnier- und Konsolidierprozess erfolgreich nachgewiesen werden. Eine neue Modifikation der PUR-Systeme mit internen Trennmitteln ermöglicht zudem eine prozesssichere Entformung. Die Imprägnierqualität der Bauteile ist sehr gut und mit denen von hochreaktiven Epoxidharzsystemen vergleichbar. Somit stellen die von BASF entwickelten PUR-Systeme eine attraktive Alternative zu Epoxidharzsystemen dar.