Ermittlung geeigneter Prozessparameter für die Herstellung von flachsfaserverstärkten Organoblechen

Das Projekt Durobast – Dauerhafte und ressourcenschonende Composit-Strukturbauteile auf Basis neuartiger vorbehandelter und verarbeiteter Bastfasern (Förderkennzeichnen: 2220NR090C) – verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz zur Entwicklung und Herstellung von bastfaserverstärkten Kunststoffbauteilen. Dabei sollen vor allem Fasern ausgewählt und eingesetzt werden, die in Deutschland kultiviert werden können. Durch Fasermodifizierung soll die Feuchteaufnahme reduziert werden. Das Projekt umfasst die gesamte Prozesskette von der Faserauswahl über die Garn- und Textilherstellung bis hin zur Halbzeugverarbeitung und Bauteilherstellung.

Ein Forschungsschwerpunkt am Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) ist die Entwicklung von naturfaserverstärkten Organoblechen (NF-OB). Im Labormaßstab wird das Imprägnierverhalten von Bastfasergeweben mit thermoplastischen Matrixpolymeren untersucht, um geeignete Prozessparameterkombinationen für die Herstellung im industrienahen Maßstab zu identifizieren. Darüber hinaus werden verschiedene Varianten zur Kombination von Textil und Polymer betrachtet – Filmstacks und Pulverprepregs, aber auch Hybridgarne und Hybridgewebe. Die Auswahl geeigneter Parameterkombinationen für die NF-OB-Herstellung ist insbesondere hinsichtlich der Temperatur kritisch. Zum einen muss durch eine ausreichend hohe Temperatur die vollständige Imprägnierung der Fasern mit dem Matrixpolymer gewährleistet werden. Zum anderen zersetzen sich einzelne Faserbestandteile beim Überschreiten bestimmter Temperaturen. Erhöhte Prozessdrücke erleichtern zwar die Makroimprägnierung der Fasern, allerdings verändert sich auch das druckabhängige Zersetzungsverhalten bestimmter Faserbestandteile in der Art, dass die Zersetzung dieser Faserbestandteile bereits bei niedrigeren Temperaturen ausgelöst wird. Neben der Verringerung der mechanischen Eigenschaften beeinflusst diese Zersetzung auch die Geruchsbildung durch die Fasern. Insbesondere für Interieur-Anwendungen im Automobilbau ist die Geruchsbildung ein wesentlicher Beurteilungsfaktor.

Die Arbeiten am IVW bilden die Grundlage für die Herstellung von NF-OB im industriellen Maßstab mit kontinuierlichen Heißpressprozessen bei den Projektpartnern. In einem nächsten Schritt müssen diese flächigen thermoplastischen Halbzeuge effizient im Thermoformprozess in die finale Bauteilgeometrie überführt werden. Zur Optimierung des Umformprozesses kommt die Prozesssimulation zum Einsatz. Hier spielt das charakteristische Drapierverhalten eine wesentliche Rolle. Dieses wird bei unterschiedlichen Prozesstemperaturen in Scherrahmenversuchen ermittelt und in ein entsprechendes FE-Modell überführt. Hierdurch lässt sich sowohl der experimentelle Aufwand zur Prozessoptimierung als auch der Materialeinsatz deutlich reduzieren.

Das Projekt Durobast wird durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert (Förderkennzeichnen: 2220NR090C).

Projektpartner:

• Fraunhofer LBF
• Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen
• Nova-Institut GmbH
• Eta Ressourcenmanagment
• Hübner GmbH & Co. KG
• Wagenfelder Spinnereien
• DST Dräxlmeier Systemtechnik GmbH
• Lehrstuhl für Werkstoffprüftechnik (WPT) der Technischen Universität Dortmund
• Rhenoflex GmbH
• Silbaerg GmbH
• Gustav Gerster GmbH & Co. KG