Orientierte thermoplastische CF-Halbzeuge mit verbessertem Umformverhalten
Projektleiter: Dr.-Ing. Renate Lützkendorf
Projektnummer: BMWi / INNO-KOM, MF 150148
Laufzeit: 01.03.2016 – 28.02.2018
Aufgabenstellung
Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung von Carbonfaser-Halbzeugen, die die Vorteile einer maximal gerichteten Parallellage von Einzelfasern in Kombination mit einem hohen Umformverhalten von endlichen Fasern in einem Produkt vereinen. Als Ausgangsmaterial mit einer definierten und hohen Ausrichtung der Carbonfasern sollten handelsübliche CF-Gelege, deren Fadenlagen durch eine thermoplastische oder duromere dünne Schicht vorfixiert sind, durch versetzt platzierte, kurze, partielle Schnitte quer zu den Fasern in Halbzeuge mit endlichen Carbonfaser überführt werden, ohne die exakte Parallellage und Ausrichtung der Fasern zu zerstören. Dabei galt es, optimale Bedingungen für die Fasereinkürzungen in Kombination mit einem industrialisierbaren Verfahren zu erarbeiten und die erreichten Effekte von Verstärkungswirkung und Umformbarkeit am Faserverbund in einer Thermoplastmatrix nachzuweisen.
Ergebnisse
Im Projekt konnte nachgewiesen werden, dass es möglich ist, vorliegende Halbzeuge aus Endlos-CF-Rovings mittels partieller Schneidtechnik in hoch orientierte Halbzeuge aus endlichen Carbonfasern mit unverändert hoher Verstärkungswirkung unter Beibehalt der Faserorientierung zu überführen. Dabei erwiesen sich kurze Schnitte im rechten Winkel zu den Fasern als die am besten geeignete Technologie. An umgeformten Prüflingen wurden Proben entnommen und die Flächenmasse an verschiedenen Stellen ermittelt.
Die Flächenmassereduzierung, insbesondere an der Flanke, veranschaulicht im Vergleich die hohe Umformbarkeit geschnittener UD-Lagen.
Anwendung
Dieser Lösungsansatz des Einbringens kurzer Querschnitte, die in Summe über eine definierte Fläche alle Einzelfasern mindestens 1x durchtrennen, erwies sich als erfolgreich für
- eine verbesserte Drapier- und Umformbarkeit
- ein präziseres Abbilden von Formenkonturen sowie
- eine vereinfachte Bauteilherstellung bei 3D-Strukturen