Welche UD-Tapes erhöhen die Bauteilqualität?

Mit einer neuen Produktionsanlage untersucht das IKV an der an der RWTH Aachen unterschiedliche UD-Tapes und verschiedene Verarbeitungsprozesse im Hinblick auf die Qualität der Bauteile.

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen hat eine neue Produktionsanlage zur Herstellung von unidirektionalen (UD) Tapes in Betrieb genommen. Die Anlage arbeitet nach dem Prinzip einer extrusionsbasierten Schmelzeimprägnierung und verfügt über eine Online-Qualitätssicherung. Das IKV erforscht mit der neuen Anlage die Wechselwirkungen zwischen messbaren Qualitätsgrößen und der Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Die Tapeanlage wurde gemeinsam mit den Partnern Breyer Maschinenfabrik, Pixargus, F.A. Kümpers und Kuka Industries entwickelt und im Technikum für faserverstärkte Kunststoffe des IKV aufgebaut.

UD-Tapes aus Kohlenstoff- oder Glasfasern mit thermoplastischen Matrixsystemen bieten ein Maximum an Leichtbaupotenzial. Dank lokaler Verstärkungen in spritzgegossenen Kunststoffteilen, in hybriden Metallbauteilen oder in reinen FVK-Bauteilen, die mittels Tapelegen oder Tapewickeln hergestellt werden, sind vielfältige Anwendungen denkbar. Das UD-Tape bestimmt dabei maßgeblich durch seine Eigenschaften wie Toleranzen, Homogenität oder den Grad der Fasertränkung die Bauteilqualität und die Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Auf der neuen Anlage werden die entstehenden Wechselwirkungen zwischen der Tapequalität und dem ausgewählten Weiterverarbeitungsprozess, z. B. Tapelegen, Tapewickeln oder Spritzgießen, erprobt und bewertet.

Die Tapeanlage ermöglicht die Herstellung von UD-Tapes mit einer Tapebreite von 25 bis 75 mm, einer Tapedicke von 0,1 bis 0,3 mm, in einer Produktionsgeschwindigkeit von 0,6 bis 10 m/min. Die Verarbeitung von Glasfasern (> 2.400 tex) und Kohlenstofffasern (> 24K) sowie Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA) als Matrix ist möglich. Ein optisches Qualitätssicherungssystem erfasst die Faserspreizung sowie Gassen und Überlagerungen. Es bestimmt durch die kontinuierliche Messung zudem die Tapebreite und die Tapedicke.

Aktuell werden die Qualitätssicherungsdaten verwendet, um die Prozessparameter und die Tapeeigenschaften zu korrelieren mit dem Ziel, den Spreiz- und Imprägnierungsprozess entsprechend dem gewünschten Eigenschaftsverhältnis anzupassen. Darüber hinaus leiten die IKV-Wissenschaftler die Wechselwirkungen zwischen den Tapecharakteristika, der nachgeschalteten Weiterverarbeitung, z. B. Spritzgießen, Tapelegen oder auch Thermoformen, und der Bauteilqualität ab.

Im Fokus steht die Wechselwirkung zwischen Tapeeigenschaften, insbesondere dem Grad der Imprägnierung und der Faserverteilung, und den daraus resultierenden Bauteileigenschaften, die von dem verwendeten Folgeprozess abhängen. Über die bisherigen Forschungsaktivitäten hinaus schafft die neu installierte Tapeanlage die Voraussetzung dafür, vielfältige Materialien zu verarbeiten, sodass dadurch für UD-Tapes neue Materialien entwickelt werden können. Die Forschungsarbeiten werden im BMBF-Projekt Lightflex öffentlich gefördert.

mg