Die Kunststoffmatrix polymerisiert erst im Spritzgießwerkzeug aus den Monomeren aus

Harz spritzt wie Wasser in die fasergefüllte Form

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Nein, nicht das Harz selbst schießt in die Form, sondern die dünnflüssigen, monomeren Vorprodukte tun es. Dort infiltrieren sie die Faserpreforms und polymerisieren dann aus. So könnte das Spritzgießen in der Komposit-Fertigung eine zentrale Rolle bekommen – als Teil eines hochintegrierten Prozesses.

Das Spritzgießen hat das Rennen um die Produktion leichter Faserverbundstrukturen fürs Auto längst noch nicht verloren. Dieser Ansicht sind jedenfalls die Ingenieure des Spritzgießmaschinenbauers Engel Austria GmbH in Schwertberg. Sie verweisen auf „One Shot“-Technologien, die beim Herstellen von Leichtbaustrukturen mehr Funktionen in eine Produktionszelle packen als metallbasierte Technik: Das Thermoformen von Organoblechen mit anschließendem An- und Umspritzen etwa entspreche auf der metallischen Seite dem Umformen, Druckgießen und Schweißen.

Doch warum den Weg über Halbzeuge wie Organobleche oder Preforms gehen, die in einem aufwendigen und energieintensiven Prozess vorproduziert werden müssen? Warum nicht trockene Endlosfaserstrukturen direkt in der Spritzgussform mit thermoplastischem Harz infiltrieren? Bisher scheiterte dies an der viel zu hohen Viskosität der Thermoplastschmelze.
Doch jetzt gibt es für diese Idee einen neuen Ansatz, den Engel auf dem „Engel Symposium 2012“ vorstellte, entwickelt mit dem Fraunhofer ICT, Pfinztal: die „Insitu-Polymerisation“. Statt PA6 fließen dabei zwei niederviskose Komponenten des Vorproduktes Caprolactam in die Kavität und infiltrieren das dort eingelegte Fasergewebe. Bei 150 °C polymerisieren die monomeren Komponenten in Minuten zu PA6 aus. Damit bietet die Methode riesige Vorteile in der Gesamtenergiebilanz, denn großtechnisch dauert die Polymerisation zu PA6 über zwölf Stunden bei mindestens 240 °C.
Engel zeigte im Juni auch gleich eine Prototypenanlage, für die ZF Friedrichshafen das Werkzeug baute: zur Herstellung von Einlegern für Bremspedale. Ein Linearroboter führt den trockenen (und daher forminstabilen!) Gewebezuschnitt über die Bindesprühstation zur Drapierstation. Dort werden die einzelnen Lagen auf einem beheizten Kern zum Vorformling verarbeitet. Ein Mehrachsroboter nimmt dieses Faserpreform auf und legt es ins beheizte Werkzeug. Zwei modifizierte Spritzaggregate spritzen die reaktiven Komponenten über einen Mischkopf ein. Nun beginnt die Polymerisation. Nach dem Entformen schneidet sie ein Laser auf Endkontur zu. Nun könnten die Einleger in ein herkömmliches Spritzgießwerkzeug gelegt werden, um das Bremspedal fertig zu produzieren.
Das Besondere an dieser Insitu-Anlage ist, dass fast nur Standard(spritzgieß)technik zum Einsatz kommt. Mit 5 min ist die Zykluszeit für Faserverbunde relativ kurz – natürlich nicht im Vergleich zu konventionellem Spritzguss. Doch „das Optimierungspotenzial ist längst nicht ausgereizt“, betont Peter Egger, Leiter des Engel-Technologiezentrums für Leichtbau-Composites. Er rechnet damit, dass nach weiteren Jahren Entwicklungszeit „wirtschaftliche Takte“ erreicht sind.
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