Resin Film Pultrusion: Kosteneffiziente Lösung für eine automatisierte, kontinuierliche Fertigung von CFK-Versteifungsprofilen
Von Lisa Müller
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Resin Film Pultrusion - Lisa Müller
Schlussbericht
zu dem IGF-Vorhaben
Resin Film Pultrusion
der Forschungsstelle(n)
Faserinstitut Bremen e.V.
Das IGF-Vorhaben 18304 N/1 der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Textil wurde über die
im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom
aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Danksagung
Das IGF-Vorhaben „Resin Film Pultrusion (RFP)" (IGF-Nr. 18304 N/1) der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Textil e.V., Reinhardtstraße 12-14, 10117 Berlin wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und –Entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Dafür möchten wir an dieser Stelle herzlich danken.
Darüber hinaus gilt unser Dank den beteiligten Projektpartnern und den Mitgliedern des Projekt begleitenden Ausschusses für die gute Zusammenarbeit und die Unterstützung bei den Forschungsarbeiten.
Der Schlussbericht kann beim Faserinstitut Bremen e. V. (FIBRE) ausgeliehen werden.
Faserinstitut Bremen e.V.
Zusammenfassung der Ergebnisse zum AiF-Forschungsvorhaben 18304 N/1
"Resin Film Pultrusion (RFP) - Kontinuierliche Fertigung schlagzäher Faserverbundstrukturen auf Basis kosteneffizienter textiler Halbzeuge und Harzfilme"
Mit diesem Forschungsprojekt verfolgte das Faserinstitut das Ziel, eine kontinuierliche Prozesskette - basierend auf der Pultrusions-Technologie - zur Verarbeitung von textilen Halbzeugen in Kombination mit Harzfilmen zu entwickeln. Die Herausforderung hierbei bestand in der Prozessentwicklung zum kontinuierlichen Preforming des bewegten Lagenpakets und der anschließenden Imprägnierung und Konsolidierung in einer kontinuierlich arbeitenden getakteten RTM-Presse. Da der Preformingprozess einer gleichmäßigen Adhäsion zwischen Harzfilm und Textil bedarf, der Imprägnierungsprozess dagegen eine geringe Viskosität des Harzsystems zur vollständigen Benetzung des Textils erforderlich macht, wurde zu Beginn des Projektes, das Verhalten des Harzfilms in Abhängigkeit der Temperatur (DSC, Klebrigkeitsuntersuchungen) analysiert. Im Anschluss daran wurden statische Pressversuche durchgeführt, anhand derer sowohl die Ergebnisse der Harzfilmuntersuchung validiert als auch die Abzugsgeschwindigkeit und das Druckprofil für den kontinuierlichen Prozess abgebildet wurden. Zur Validierung der Prozesskette wurde eine automobile Versteifungsstruktur in Form eines Pkw-Seitenaufprallträgers als Demonstrator gewählt und im entwickelten Prozess kontinuierlich hergestellt. Die dabei hergestellten Profile wurden auf ihren Aushärtegrad und Faservolumengehalt untersucht. Zusätzlich wurden Schliffbilder analysiert.
Mit der Fertigungstechnologie ist es möglich durch die Nutzung eines Harzfilms und einem daraus resultierenden kurzen Fließweg in Dickenrichtung, hochviskose Harzsysteme mit homogen integrierten funktionellen Inhaltstoffen in Kombination mit einem textilen Halbzeug zu verarbeiten. Es lassen sich so schlagzähmodifizierte Faserverbund-Profile mit hohem Energieaufnahmevermögen im Nassverfahren kontinuierlich, kosteneffizient und mit reproduzierbarer Bauteilqualität herstellen.
Zusammenfassend wurde mit dem Projekt 'Resin Film Pultrusion' ein kontinuierlicher Fertigungsprozess entwickelt, welcher bei geringer Komplexität kosteneffizient eine reproduzierbare Bauteilqualität erreicht.
Somit wurden folgende Ergebnisse erreicht:
Entwicklung einer Prozesskette zur kontinuierlichen Herstellung von Versteifungsprofilen
Entwicklung einer Preforming-Einheit
Entwicklung einer Imprägnierungs- und Konsolidierungseinheit
Fusion der Preforming-Einheit und der Konsolidierungseinheit in einer Prozesskette
Fertigung von Demonstratorprofilen in einem kontinuierlichen Prozess
Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.
Inhalt
Forschungsthema
Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung
Forschungsziel / Ergebnisse
3.1. Forschungsziel
3.2. Forschungsergebnisse
3.2.1. Definition der Referenzstruktur und Materialien
3.2.2. Entwicklung eines kontinuierlichen Preformingprozesses
3.2.3. Entwicklung eines kontinuierlichen Prozesses zur Konsolidierung
3.2.4. Zusammenführung in einer PRTM-Prozesskette
3.2.5. Dokumentation und Bewertung der Projektergebnisse
3.2.6. Geplante Arbeitspakete / umgesetzte Arbeitspakete
3.2.7. Angemessenheit und Notwendigkeit
3.3 Innovativer Beitrag der Forschungsergebnisse
Wirtschaftliche Bedeutung des Forschungsthemas für kleine und mittlere Unternehmen (KMU)
4.1 Voraussichtliche Nutzung der angestrebten Forschungsergebnisse
4.2 Voraussichtlicher Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der KMU
4.3 Aussagen zur voraussichtlichen industriellen Umsetzung der FuE-Ergebnisse
Ergebnistransfer in die Wirtschaft
Durchführende Forschungsstelle(n)
Verzeichnisse
1. Forschungsthema
Resin Film Pultrusion (RFP) - Kosteneffiziente Lösung für eine automatisierte, kontinuierliche Fertigung von CFK-Versteifungsprofilen
2. Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung
Faserverbundstrukturen verfügen im Vergleich zu metallischen Komponenten auf Grund der hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit über ein großes Leichtbaupotenzial, welches im Flugzeugbau und zunehmend auch im Automobilbau sowie in anderen Industriebereichen genutzt wird. Besonders im Hinblick auf eine steigende Nachfrage nach Elektromobilität lassen sich durch gezielte Leichtbaumaßnahmen die Fahrzeugmasse reduzieren und damit Fahrzeugreichweiten deutlich erhöhen. Um dieses Potenzial vollständig und wirtschaftlich auszuschöpfen, werden zunehmend komplexe, endlosfaserverstärkte Faserverbundstrukturen angestrebt um damit insbesondere metallische Komponenten zu substituieren. Dabei wird bereits heute ein großer Anteil von Faserverbundstrukturen bzw. deren Vorprodukte in KMU aus der Textilindustrie, bei Anlagenbauern und Verbundherstellern sowie Zulieferern für verschiedene Industriezweige hergestellt und verarbeitet.
Mit Hilfe von lastgerechten Faserverbundbauweisen können Strukturen mit hoher Biegesteifigkeit und -festigkeit realisiert werden. Darüber hinaus können diese ausgelegt werden, um im Schadensfall große Mengen Energie zu absorbieren. Auf Grund dieser Eigenschaften sind diese Strukturen für Anwendungen im Fahrzeugbau, im Gebäudebausektor oder Schiffbau vielseitig einsetzbar.
Der Einsatz von Strukturen aus Faserverbundkunststoffen (FVK) in Großserien scheitert häufig an ihren Herstellungs- und Materialkosten. Je nach Industriezweig wird von einem Fertigungskostenanteil an den