Entwicklung einer serientauglichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen mit transparenter Polyurethanmatrix am Beispiel einer CFK-Sitzlehnenschale mit Sichtoberfläche

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266002500

Die Herstellung von faserverstärkten Bauteilen mit Polyurethan (PUR) als Matrixwerkstoff hat sich bei vielen Anwendungen als wirtschaftlicher Fertigungsprozess etabliert. Nachteilig an den hergestellten Bauteilen ist jedoch, dass diese in der Regel geringe Faservolumengehalte aufweisen und mit geschäumten Matrixsystemen gefertigt werden, was die mechanischen Eigenschaften limitiert. Die Entwicklungen im Bereich der PUR-Sprühimprägnierung von gerichteten Endlosfasern (Resin Spray Prepregging (RSP)) in Kombination mit einem optimierten Formungs- und Vernetzungsprozess im Rahmen der Forschergruppe 860 (FOR860) haben es erstmalig möglich gemacht, Hochleistungsbauteile automatisiert in kurzen Zykluszeiten mit hohen Faservolumengehalten (> 50 %) zu fertigen. Die Untersuchungen der FOR860 haben sich vorrangig auf die Entwicklung der Fertigungsprozesse und die erreichbaren mechanischen Kennwerte konzentriert. Für bestimmte Anwendungen werden jedoch zusätzlich hohe Anforderungen an die Bauteiloberflächen gestellt.Das Ziel des Transferprojektes ist es, die Erkenntnisse der FOR860 aus den Teilprojekten 4 und 8 auf die Herstellung von Hochleistungsbauteilen um den Aspekt definierter Oberflächenanforderungen zu erweitern und weiteres Prozesswissen zu erarbeiten. Dabei sollen die verwendeten textilen Verstärkungshalbzeuge auf der Oberfläche sichtbar sein, ohne dass sich ihre Struktur auf der Oberfläche abzeichnet, so dass weitere Nacharbeiten weitgehend eliminiert werden. Hier sind jedoch bei einer Umsetzung weitere wissenschaftliche Untersuchungen notwendig, welche aufgrund Ihrer Komplexität nur durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Industriepartnern und Forschungsinstitut möglich sind. Im Rahmen der Forschergruppe wurde gezeigt, dass durch eine angepasste Prozess- und Anlagentechnik die Fertigung nahezu porenfreier monolithischer Laminate möglich ist. Um den Einsatz des Verfahrens für Oberflächenanwendungen zu gewährleisten, sollen durch methodische Untersuchungen an Probekörpern die Einflüsse der Ausgangsmaterialien Binder, Faserhalbzeuge und PUR-Systeme auf die Oberflächenqualität sowie die mechanischen Eigenschaften der Probekörper bei unterschiedlichen Temperaturen bestimmt werden. Darauf aufbauend soll mit ausgewählten Materialien die Herstellung von FVK-Bauteilen in zwei unterschiedlichen Ansätzen erforscht werden. Die Untersuchungen beinhalten Variationen der Prozess-, Material- und Preformingparameter sowie eine Anpassung der Werkzeugtechnologie. Die Oberflächeneigenschaften werden dabei bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen nach definierten Zeiten (Klimawechseltest, UV Bestrahlung) geprüft. Nach den Grundlagenuntersuchungen an Plattenbauteilen sollen die Erkenntnisse auf die Fertigung einer Autositzschale in Leichtbauweise übertragen werden. Die für die Versuche ausgewählte Demonstratorgeometrie soll die Übertragung der Ergebnisse auf andere sichtbare Strukturbauteile ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: BMW AG; Werk Dingolfing; Mubea Carbo Tech GmbH
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Roman Bouffier; Dr.-Ing. Kai Fischer