Neuartiges Verfahren zur Herstellung von Faserkunststoffverbunden mittels in situ Schaumkernerzeugung im Resin Transfer Molding

Resin Transfer Molding (RTM) ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden, bei dem eine Faserverstärkung in einem geschlossenen Werkzeug positioniert und durch Harzinjektion imprägniert wird. Die Herstellung von Hohlbauteilen im RTM erfordert, dass die in das Werkzeug eingebrachte Verstärkungsstruktur von innen abgestützt und während der Harzinjektion und Aushärtung gegen die Werkzeugkontur konsolidiert wird. Üblicherweise wird dies entweder durch druckbeaufschlagte Blasschläuche (Schlauchblasverfahren) realisiert oder es kommen vorgefertigte, meist metallische, Festkerne zum Einsatz. Allen diesen Maßnahmen zur Abbildung des Innenkernes ist jedoch gemeinsam, dass sie sowohl in separaten Prozessschritten auf die Zielgeometrie vorgefertigt werden müssen, als auch einen erhöhten Handlingaufwand in der Fertigung bedeuten. Darüber hinaus ist die erreichbare Geometriekomplexität limitiert.

Das IVW forscht an einem neuartigen Verfahrensansatz: Zur Abbildung des Innenkerns wird ein Polyurethan-Schaumkern in situ im Werkzeug erzeugt. Hierfür wird reaktives Schaumsystem in das Werkzeug eingebracht und expandiert dort. Der sich ausbildende Schaumkern vervollständigt dabei das Preforming der trockenen Verstärkungsstruktur und presst das Laminat analog zum Blasschlauchverfahren von innen gegen die Werkzeugwand. So kann die Werkzeuggeometrie sauber abgeformt und es können hohe Faservolumengehalte erzielt werden. Nach dem Aushärten des Schaumsystems kann die Injektion des Harzsystems ohne Öffnen des Werkzeuges erfolgen. Der Schaumkern bleibt hiernach als Teil der dann vorliegenden Sandwichstruktur im Bauteil erhalten (Abbildung 1).  

Obwohl der Schaumkern beim RTM-Verfahren in erster Linie eine prozesstechnische Unterstützungsrolle spielt, bietet die Sandwichstruktur weitere vielversprechende Möglichkeiten für funktionsverbessernde Eigenschaften, wie z. B. verbesserte akustische und thermische Eigenschaften bis hin zu positiven Effekten der Schaumanbindung auf die Scherfestigkeit des Laminats. Diese zusätzlichen Funktionalitäten können in Summe das zusätzlich eingebrachte Gewicht des Schaumkerns überkompensieren. Gegenüber konventionellen Kernwerkstoffen ist darüber hinaus eine hohe Flexibilität in der Formgebung gegeben, da die Schaumexpansion allseitig erfolgt und auch komplexe Geometrien abgebildet werden können.  

Die aktuellen Forschungsarbeiten befassen sich mit den verfahrenstechnischen Herausforderungen dieses neuen Ansatzes. So muss der expandierende Schaum eine stabile und gleichmäßige Ausformung und Konsolidierung der gesamten Verstärkungsstruktur ermöglichen, darf die trockene Faserstruktur hierbei aber nicht übermäßig durchtränken, da dies die nachfolgende Harzinjektion behindern würde.

Kontakt:

Alexander Faas, M.Sc.
Wiss. Mitarbeiter Digitalisierte Prozess- und Materialentwicklung
E-Mail: alexander.faas@ivw.uni-kl.de
Telefon: +49 631 2017 434