Verarbeitungsverfahren

von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

Wie werden thermoplastische Composites verarbeitet?

Es gibt unterschiedliche Methoden, um thermoplastische Verbundwerkstoffe zu verarbeiten. Die Verarbeitungstechniken bei thermoplastischen Verbundwerkstoffen unterscheiden sich je nach Eigenschaft und Anwendungsgebiete. Für Langfaserverstärkte Thermoplaste verwenden Verarbeiter das Spritzgießen oder die Extrusion. UD-Tapes lassen sich im unteranderem im Tapelege- oder Tapewickelverfahren verarbeiten. Im Folgendem werden die Verarbeitungsverfahren genauer beschrieben.

injection moulding process

Spritzguss

Das Spritzgussverfahren wird in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt und ist ein Urformverfahren. Dieser Prozess ermöglicht eine nahezu freie Wahl von Form und Oberflächenstruktur wie beispielsweise Muster, Narbungen oder glatte Oberflächen. Die Spritzgießmaschine verflüssigt beziehungsweise plastifiziert beim Spritzguss den thermoplastischen Werkstoff und spritzt ihn unter Druck in eine Form. Aufgrund der Abkühlung verfestigt sich der Kunststoff und kann nach dem Öffnen aus dem Werkzeug entnommen werden

Extrusion

Kunststoffe werden bei der Extrusion durchgehend aufgeschmolzen und als dickflüssige Masse aus einer Druckkammer durch eine formgebende Düse, beziehungsweise durch ein Mundstück, gepresst. Als Formmasse dienen Granulate oder Pulver, die plastifiziert und verdichtet werden. Das fertig gepresste Formteil ist quasi endlos und wird im nächsten Schritt durch Wasser oder Luft abgekühlt, damit sich die Form verhärtet. Zum Einsatz kommt das Verfahren der Extrusion häufig bei Rohren, Platten sowie Folien. Auch Fensterrahmen produziert man mit diesem Vorgang. Für dieses Verfahren eignen sich vor allem langfaserverstärkte Thermoplaste in Granulatform.


extrusion process
Tape winding with laser
Tape laying with laser

Tapelegen und -wickeln

Für die Fertigung hochleistungsfähiger Leichtbauteile wie Flügel oder Rümpfe verwendet man das laserunterstützte Tapelegen oder –wickeln, das als vielversprechende Möglichkeit gilt, um endlosfaserverstärkte Thermoplaste zu verarbeiten. Bei dem Tapelege- und Tapewickelverfahren kommen in der Regel unidirektionale Tapes, sogenannte UD-Tapes, zum Einsatz. UD-Tapes sind endlosfaserverstärkte Bänder unterschiedlicher Breite mit unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern, in denen Glas- oder Carbonfasern so ideal in eine thermoplastische Matrix eingebettet sind, dass sich ganz neue Möglichkeiten bei der Bauteilerstellung ergeben.

Zuerst schiebt man das Tape bis unter eine Konsolidierungseinheit vor. Anschließend wird das Band auf den zuvor abgelegten Tapelagen (Substrat) angebunden. Durch Laserstrahlung schmilzt das thermoplastische Matrixsystem des Tapes sowie des Substrats. Dann wird das Band mit Hilfe einer Konsolidierungsrolle überfahren oder abgesenkt und auf das Substrat gedrückt, sodass sich die Thermoplastschmelzen miteinander verbinden.

Nun gibt es Unterschiede bei der weiteren Verfahrensweise, denn beim Tapelegen werden nun die verbundenen Thermoplaste über die Werkzeugform in einem belastungsangepassten Pfad geführt. Beim Tapewickeln hingegen bewegt es sich um einen Wickelkern. Das UD-Tape zieht sich weiter von einer Vorratsspule ab und wird durch kontinuierliche Lasereinstrahlung mit den bereits verarbeiteten Tapes verschweißt.

Das Wickelverfahren eignet sich besonders für die Herstellung komplexer dreidimensionaler Bauteile wie beispielsweise Tanks.

Thermoformen

Es gibt viele verschiedene Methoden zum Umformen im Bereich des Thermoformens, beispielsweise mit Hilfe von Vakuum, Druckluft oder einer hydraulischen Presse. Für diese Verfahren unterscheidet man das eingesetzte, häufig faserverstärkte Material wie folgt: Dünnere Halbzeuge werden als Folien bezeichnet, ab ca. 1,5 mm heißen sie Platten.

Zuerst erwärmt man die Folie einseitig oder beidseitig (je nach Verfahren) in einer Aufwärmstation mit einem Heizstrahler. Dadurch wird die Folie weich und in der Stachelführung leicht auseinandergezogen, um das Durchhängen zu verhindern. Mit Hilfe eines Spannrahmens wird die erwärmte Folie festgehalten. Beim Thermoformen mit einer hydraulischen Heizpresse fährt die Folie anschließend in ein Presswerkzeug mit einem Positiv- sowie Negativstempel und wird in die jeweilige Form gepresst. Dann wird die Komponente entformt und abgekühlt. Als letztes bearbeitet man das fertige Werkstück final beispielsweise mittels einer Stanze um Löcher hinzuzufügen.

Die anderen Methoden wie zum Beispiel das Vakuumverfahren verlaufen ähnlich, außer dass der Umformprozess mittels eines Vakuums die Folie in die gewünschte Form zieht.


Thermoformen mit hydraulischer Wärmepresse

Sie interessieren sich für UD Tapes, faserverstärkte Laminate, langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT), Garne und Schnittfasern aus Cellulose oder Gewebe?

NEWSLETTER-ANMELDUNG

Aktuelle Themen rund um unser Unternehmen und unsere Produkte

Jetzt anmelden