Für Leichtbaustrategien bieten insbesondere Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) besondere Vorteile. Neben hohen spezifischen mechanischen Eigenschaften ermöglichen die FKV bei geringen Stückzahlen niedrige Werkzeugkosten. Duroplastische Verbunde können aufgrund der verarbeitungstechnisch bedingten hohen Zykluszeiten jedoch nicht in den für viele Derivate gewünschten mittleren Stückzahlbereich vorstoßen. Endlosfaserverstärkte Verbunde mit thermoplastischer Matrix in Kombination mit effizienter Heißpresstechnologie können hier einen wesentlichen kostenattraktiven Beitrag zur Erweiterung des Stückzahlbereichs leisten. Bei Außenhautbauteilen ist dabei neben der reinen Tragfunktion auch eine mit den metallischen Komponenten identische Oberflächenqualität zu gewährleisten. Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Faser-Thermoplast-Schichtverbunde mit Class-A Oberflächenqualität (so genannten FTS) ist die Verwendung von Thermoplasten mit sehr geringer Schwindung, um den aus der thermischen Belastung resultierenden Einfall matrixreicher Zonen auf der Bauteiloberfläche zu begrenzen. Hier bieten sich insbesondere amorphe Technische Thermoplaste und Hochtemperatur-Thermoplaste an. Die ausgewählten Thermoplaste können dann mit textilen Verstärkungslagen zu einem Faser-Thermoplast-Schichtverbund kombiniert werden. Aufgrund der großen Vielfalt an Konstruktionsvariablen wie etwa Schichtaufbau, Textiltyp und Flächengewicht bieten sich zur gezielten thermomechanischen Auslegung der FTS numerisches Berechnungsmodelle an, die eine virtuelle Oberflächenanalyse der Verbunde ermöglichen. Hiermit können die Einflüsse der verschiedenen textilspezifischen Parameter auf die resultierende Oberflächenwelligkeit effizient ermittelt und grundlegende Gestaltungshinweise abgeleitet werden. Außerdem erfordert die halbzeuggerechte Herstellung von Bauteilen aus FTS-Halbzeugen eine speziell angepasste Verarbeitungstechnologie. Dabei ist besonders auf die Verwendung geeigneter Werkzeugoberflächen, die Vorkonditionierung der thermoplastischen Matrixfolien und die Gewährleistung eines schnellen Transfers der vorgewärmten FTS-Halbzeuge in eine Presse zu achten.
For modern lightweight strategies using innovative materials and constructions concepts offer fibrereinforced polymers (FRP) specific advantages. Besides high specific mechanical properties FRP offer lower tooling cost for smaller production volumes. But thermoset FRP do not allow to reach the high number of parts needed for a lot of derivatives within the automotive industry due to the high cycle times of the used production methods. Thermoplastic fibre reinforced composite polymers with endless fibre reinforcement combined with a heat-pressing technology are a cost-effcient alternative to extend the producible number of parts. Concerning exterieur parts this means to create a surface qualitiy of the thermoplastic FRP parts, which is comparable to metallic components. Starting point of the development of novel Fibre-Thermoplastic-Multilayered Composites with Class-A surface quality (FTC) is the use of thermoplastic polymers with a very low shrinkage. This leads to the necessary limitation of the thermal-based volume contraction of those surface regions being rich in matrix material. Here, amorphous technical thermoplastic polymers or amorphous high-temperatur thermoplastic polymers are advantageous. Such thermoplastic materials will then be combined with textile reinforcements to Fibre-Thermoplastic Multilayered Composites. The large number of FTC design variables such as lay-up, textile types as well as surface weight requires the use of efficient material-adapted numerical simulation tools, which allow a virtual design especially of the thermo-mechanical behaviour of the composites. With the help of these simulation methods the influence of the different textile-specific parameters an the surface ondulation can efficiently be determined, so that basic design rools can be formulated. Furthermore, the material-adapted production of FTC parts needs specially adapted processing and manufacturing technologies. Here, especially the use of tools with high surface quality, the thermal conditioning of the thermoplastic matrix foils and a quick transfer-process of the heated FTC semi-finished products into a heating press are of major importance.
Faserthermoplastschichtverbunde - Einsatzpotential für automobile Außenhautanwendungen mit hoher Oberflächenqualität
Kunststoffe im Automobilbau 2011, Internationale VDI-Jahrestagung Kunststoffe im Automobilbau, 2011 ; 117-130
2011
14 Seiten, 8 Bilder, 10 Quellen
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