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Multimatrix im Faser-Kunststoff-Verbund

Eine neue Technologie für Faser-Kunststoff-Verbunde ermöglicht Multimatrixsysteme. Damit lassen sich Eigenschaften verschiedener Matrizen optimal kombinieren.

Neu entwickelter Elastomer-Druckkopf für eine definierte Variation einer duromeren Kunststoffmatrix in Faser-Kunststoff-Verbunden.

Ein neues Verfahren erlaubt die Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) mit lokal variierenden Matrixmaterialien, auch Multimatrix genannt. Entwickelt hat dieses Verfahren eine Arbeitsgruppe des Leibniz-Instituts für Polymerforschung (IPF) in Dresden. Die Arbeitsgruppe „Komplexe Strukturkomponenten“ wird dort von Prof. Axel Spickenheuer geleitet.

Multimatrix erweitert Tailored Fibre Placement

Die Innovation stellt eine Erweiterung zur Technologie des Tailored Fibre Placements (TFP) dar, die ebenfalls am IPF entwickelt wurde. Hier werden Fasern an den Stellen lastpfadgerecht platziert, an denen eine Verstärkung im Material benötigt wird. TFP ist inzwischen als Methode zur Herstellung von sehr steifen und belastungsgerechten Leichtbauteilen für Anwendungen in der Luftfahrt- und Automobilindustrie etabliert.

Ein Potenzial für weitere Einsatzgebiete von Faser-Kunststoff-Verbunden entsteht, wenn die Verstärkungsfasern mit verschieden polymeren Matrixmaterialien verbunden werden und man sich nicht auf ein Matrixmaterial beschränken muss. Zum Beispiel lassen sich mit Hilfe einer Elastomer-Matrix lokal biegeweiche Zonen realisieren. Interessant ist das unter anderem für Gelenke in der Orthopädie- und Rehatechnik oder bei Anwendungen in der Soft Robotik.

Faser-Kunststoff-Verbunde lokal beeinflussen

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Um eine gezielte Einflussnahme auf die lokalen Bauteileigenschaften zu ermöglichen, haben die Wissenschaftler der Gruppe von Prof. Spickenheuer den TFP-Automaten um einen generativen Imprägnierprozess erweitert. Gemeinsam mit Kooperationspartnern – dem IFTE Dresden und den Firmen E.F.M., Mountek sowie der Reha-OT Lüneburg Melchior und Fittkau – entwickelten sie dafür einen speziellen Druckkopf. Dieser erlaubt es, direkt nach der Faserablage automatisiert ein erstes polymeres Matrixmaterial, z. B. flüssiges unvernetztes Elastomer, an genau definierten Positionen aufzubringen. Das textile Fasermaterial wird dadurch lokal imprägniert, und kann im nachfolgenden Schritt mit einem klassischen Infiltrationsverfahren mit einem zweiten Matrixmaterial in den bisher noch trockenen Bereichen vollständig durchtränkt werden. Das Verfahren wurde bereits zum Patent angemeldet [DE10 2019 110 462 A1].

Dieser sogenannte TFP-Print-Prozess ermöglicht erstmals die Herstellung von duromeren Multi-Matrix-Systemen in Faser-Kunststoff-Verbunden. Zudem gibt eine definierte Variation der Kunststoffmatrix Konstrukteuren und Designern einen neuen, sehr einflussreichen Parameter an die Hand, ganz neue Bauteile aus Faserverbundkunststoffen zu entwickeln. mg

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