Bedarf- und lastgerechte Verstärkung von Kunststoffbauteilen mit Faser-Verbund-Werkstoffen im Spritzgussverfahren (FuE-Vorhaben)
Im Gemeinscheinschaftsprojekt STRONG entwickelt A+ Composites in Zusammenarbeit mit der SCHLIESSMEYER GmbH ein Verfahren, um UD-Tapes lastgerecht und zuverlässig in Spritzgussteile einzubringen. In mehreren Arbeitspaketen werden bestehende und innovative Methoden getestet und Möglichkeiten untersucht, um endlosfaserverstärkte thermoplastische Tapes im Spritzguss-Verfahren bedarfs- und lastgerecht einzubringen. Verarbeitungsversuche unter Verwendung unterschiedlicher Materialkombinationen sollen zeigen, welche Bandbreite an Materialien und unterschiedlichen Tapes verwendet werden kann.
Von den getesteten Methoden werden die erfolgversprechendsten ausgewählt und passende Materialien entwickelt, so dass Probekörper zur Erprobung und Simulation hergestellt werden können. Besonders interessant ist dabei, inwiefern komplexe Geometrien verstärkt werden können. Anhand der Ergebnisse werden die Verfahren weiterentwickelt und zwei Spritzgusswerkzeuge hergestellt. Mit Hilfe der Werkzeuge werden dann Demonstratoren hergestellt.
Das Projekt bietet großes Potential, um dem Spritzgussverfahren neue Freiheitsgrade zu ermöglichen. Durch den Einsatz von UD-Tapes zur Versteifung der Bauteile, kann Kunststoff eingespart und neue Designs realisiert werden. Neue Produktklassen mit höheren Anforderungen werden möglich oder Produktdifferenzierungen allein durch die Nutzung von unterschiedlichen UD-Tapes. Dadurch muss kein neues Spritzgusswerkzeug mehr hergestellt werden. Die Differenzierung erfolgt über die Performance der eingesetzten Tapes.
Entwicklung eines Verbundwerkstoffes aus Kunststofffaser und Thermoplast
Die A+ Composites GmbH möchte ihre bisherige Technik weiterentwickeln, um diese auf Kunststofffasern abzustimmen und so einen neuen Verbundwerkstoff aus Kunststofffasern und Thermoplast anzubieten. Laut Aussage namhafter Kunststofffaserhersteller gibt es für ihre Fasern weltweit einen solchen Verbundwerkstoff nicht. Das Projekt wird von der Europäischen Union und vom Land Rheinland-Pfalz finanziell unterstützt. Durch die Unterstützung werden zudem Arbeitsplätze in der Südwestpfalz gesichert und Potentiale für die Schaffung neuer Arbeitsplätze genutzt.
Die in diesem Projekt avisierten Anwendungsgebiete sind Orthesen und Prothesen. Aus Gesprächen mit potentiellen Kunden sind insbesondere Korsette und Unterschenkelorthesen zu nennen, da hier viele Eigenschaften des Verbundwerkstoffes zum Tragen kommen, die durch andere Materialien nur selektiv abgedeckt werden können. Damit können vollkommen neue Freiheitsgerade in der Orthopädietechnik geschaffen werden. Es wird die Herstellung einer Orthese angestrebt, die einer Reihe von komplexen Anforderungen genügt: Hohe Steifigkeit, Flexibilität und sehr hohe Dämpfung. Dadurch, dass die entwickelten Werkstoffe umfangreich untersucht und charakterisiert werden, können dafür Simulationsmodelle aufgebaut und die Bauteile ausgelegt werden. Dies ermöglicht es, die im Zuge des Forschungsvorhabens gewonnenen Erkenntnisse auch auf andere Anwendungsbereiche zu übertragen und folglich eine breitere Verwertung zu gewährleisten.
Bei der Projektdurchführung werden zwei Ansätze gewählt: Zum einen werden Kunststofffasern mit Thermoplast als Matrix und zum anderen Hybridfasern (Carbon oder Glasfaser mit Kunststofffaser gemischt) mit Thermoplast als Matrix entwickelt. Durch die zwei Ansätze können die Eigenschaften noch besser eingestellt werden. Gerade die Hybridfaservariante könnte auch in anderen Bereichen (z.B. Crash und Automobile) einsetzbar sein, da sich hier ein breites Spektrum an Einstellungsmöglichkeiten bietet.
