Folienpräsentation. Die Technologien zur Herstellung Thermoplastischer Composites tritt in neue Zeitalter ein durch die Nutzung schneller Fertigungsprozesse in der Automobilindustrie. Verglichen mit herkömmlichen Thermosets wird es nun möglich sein die Zykluszeiten signifikant zu reduzieren, um Nischenanwendungen verlassen und Massenproduktionen realisieren zu können. Neue Fertigungsprozesse machen die Composite Technologie deutlich interessanter für kostengetriebene Anwendungen, da nun deutlich wirtschaftlicher gefertigt werden kann. Eine große Palette thermoplastischer Matrixmaterialien ermöglichen eine komplexe Variation mechanischer Eigenschaften und ermöglichen somit den Einsatz exakt der Materialkombination aus Faser und Matrix, die für die entsprechende Bauteilperformance benötigt wird. Thermoplastische Matrixmaterialien werden die Composite Welt bereichern in Bezug auf neue Designfreiheiten und Materialkombinationen für Großserienanwendungen. Im April 2009 trat die EU-Verordnung zur Festsetzung von Emissionsnormen für neue Personenkraftwagen in Kraft. Danach soll der CO2-Ausstoß der Neuwagenflotte aller Hersteller in Europa mit fahrzeugtechnischen Maßnahmen auf durchschnittlich 130 Gramm pro Kilometer gesenkt werden. Dieser Grenzwert wird stufenweise für die Flotte jedes Herstellers eingeführt. Bei Nichterreichen der Vorgaben müssen die Hersteller ab 2012 gestaffelte Strafzahlungen leisten.] Diese Verordnung setzt die Automobilhersteller weltweit massiv unter Druck, da bei Nichteinhaltung der geforderten Grenzwerte Strafabgaben in Millionenhöhe befürchtet werden müssen. Hieraus resultiert die Notwendigkeit, Fahrzeuge bei Beibehaltung des gewohnten Fahrkomforts deutlich leichter zu machen, um auf diesem Wege die Effizienz in der Kraftstoffverwertung zu verbessern. Neben dem Einsatz von hochfesten Stählen und Leichtmetallen wie Aluminium und Magnesium finden Composite mehr und mehr Einzug in den automobilen Leichtbau. Die Auslegung von Strukturbauteilen mittels UD-Fasern in Kombination mit Matrixmaterialien aus Harzen oder Thermoplasten ermöglichen bisher nicht gekannte Möglichkeiten der Bauteilauslegung in Bezug auf Steifigkeit, Festigkeit sowie Gewicht. Die Verwendung dieser modernen Fertigungs- und Auslegungstechnik ermöglicht spezifische Gewichtseinsparungen von bis zu 80 % im Vergleich zu üblichen Materialkombinationen. Relativ weit fortgeschritten ist der Einsatz von Epoxid basierten Matrices in Kombination mit Endlosfasern. Epoxid basierte Matrices haben die Eigenschaft extrem spröde zu sein und im Schadensfall evtl. zu splittern. Hier zeigen thermoplastische Matrices wir PA12, PPA oder aber auch PA6 entscheidende Vorteile. Thermoplaste weisen eine Duktilität auf, die ein Splittern im Schadensfall verhindert und lediglich zu einer Stauchung des Bauteils führt. Thermoplastische Werkstoffe können zudem so getrimmt werden, dass sie bis zu einer Temperatur von ca. 150 °C sehr gleichbleibende mechanische Kennwerte aufweisen, was eine besondere Eignung für Bauteile nahe der Antriebseinheit aufzeigt. Speziell Materialien wie PPA (VESTAMID HTplus®) oder mikrokristalline PA12 (TROGAMID®) punkten hier durch eine hohe Glasübergangstemperatur. TROGAMID® verfügt zudem über eine extrem hohe Transparenz, so dass es auch für Bauteile im Sichtbereich Einsatz finden kann. Typische Anwendungen liegen neben dem Strukturbereich im Interieur, wo die Faserstruktur der Verstärkungsmaterialien dargestellt werden kann. Neuartige Entwicklungen gehen in die Richtung, thermoplastische Matrices zum Ende des Fertigungsprozesses ggf. nachzuvernetzen, um das mechanische Eigenschaftsprofil weiter zu verbessern. Eine der heute noch nicht beantworteten Fragen richtet sich in Richtung Recyclingfähigkeit von Compositebauteilen. Hier sind bisher keine umsetzbaren Verfahren bekannt, um sowohl die Fasern als auch die Matrix zurück zu gewinnen. In der Regel läuft es auf die thermische Verwertung der Matrix und der Rückgewinnung der Faser hinaus, wobei es sich nicht mehr um eine DU-Faser handeln kann, sondern um eine abgelängte Faser die in neuen Bauteilen nur in Form einer Kurz- oder Langfaser wieder Verwendung finden kann. Hier steht die gesamte Industrie noch vor einer zu lösenden Aufgabe. Trotz einiger heute noch nicht beantworteter Fragestellungen ist der Fortschritt Thermoplastischer Composites nicht aufhaltbar, da sie bedeutsame Vorteile gegenüber bisher bekannter Systeme aufweisen in Bezug auf Verarbeitung, Mechanik und Designfreiheit. Des Weiteren wird den Thermoplastischen Compositemarkt eine äußerst interessante Wachstumsrate bescheinigt], die berechtigt auf dem Gebiet mit aller vorhandener Kapazität weiter zu forschen, um der Automobilindustrie maßgeschneiderte Lösungen kurzfristig anbieten zu können.

    Overhead presentation. Already well known, thermoplastic composite technology has now entered a new epoch by using faster manufacturing processes for mass production in the automotive industry. This allows significant reduction of cycle times in relation to other commonly used composite systems; the technology is therefore no longer a niche application and can be used in large-scale production. New manufacturing processes make composite technology much more interesting for cost-driven applications, due to improved cost efficiency. Moreover, a wide range of thermoplastic matrix materials offers a broad property profile that allows customers to find the exact combination of fiber and matrix materials that best meets their needs. Thermoplastic matrix materials will enrich the world of composites by providing an unprecedented degree of freedom in the choice of material mix and in potential applications. The EU regulation setting emission performance standards for new passenger cars came into force in April 2009. According to this, CO2 emissions for the new car fleet of all manufacturers in Europe are to be reduced to a mean value of 130 grams per kilometer through technological measures. This limit is being introduced stepwise for the fleet of each manufacturer. If the specified values are not met, manufacturers must pay graded penalties from 2012. This regulation puts manufacturers worldwide under immense pressure, because penalties could run into millions of euros if the specified limits are exceeded. The need therefore arises to make cars significantly lighter to increase fuel efficiency, with no reduction in the accustomed level of driving comfort. In addition to high-strength steels and light metals such as aluminum and magnesium, composites are coming to play an increasingly important role in automotive lightweight construction. The design of structural components using UD fibers in combination with resin or thermoplastic matrix materials allows realization of hitherto unknown possibilities in component design in respect of rigidity, strength, and weight. The use of this advanced production and design technology allows specific weight savings of up to 80 percent over conventional material combinations. The use of epoxide-based matrices in combination with endless fibers is relatively advanced. The key disadvantage of this material combination lies in the unavoidably long cure times of the systems, extending in some cases to hours, which results in unacceptable cycle times for their use in automotive construction. The RTM (Resin Transfer Molding) process is currently the process of choice. RTM is used to produce moldings from thermosets and elastomers. In contrast to compression molding, the molding compound is injected by a plunger from a chamber, which is usually heated, through distribution channels into the mold cavity, where it cures under the action of heat and pressure. Epoxy based matrices have the property of being extremely brittle and may splinter if damaged. Thermoplastic matrices like PA12, PPA, or PA6 show decisive advantages here. Thermoplastics have a ductility that prevents splintering in case of damage and results only in buckling of the component. Moreover, thermoplastic materials can be trimmed in such a way as to have highly constant mechanical properties up to temperatures of about 150 °C, which makes them particularly suitable for components near the engine. Specialty materials such as PPA (VESTAMID HTplus®) or microcrystalline PA12 (TROGAMID®) are advantageous here due to their high glass transition temperatures. TROGAMID® also has extremely high transparency and can therefore be used even for components in the field of vision. Apart from structural applications, it is typically used in automotive interiors, where the fiber structure of the reinforcing materials can be displayed. Novel developments include the post-curing of thermoplastic matrices at the end of the production process for further improvement of the mechanical property profile. One question that remains unanswered concerns the recyclability of composite components. No workable process is currently known for reclaiming the fibers as well as the matrix. As a rule, the matrix is thermally recycled and the fibers recovered; however, the fiber is no longer a UD fiber, but one that is cut to length and can be used again in new components only in the form of a short or long fiber. The entire industry faces a problem here that is yet to be solved. Despite certain unresolved problems, thermoplastic composites are inexorably gaining ground because they have important advantages over currently known systems. With regards to processing, mechanical properties and design freedom Thermoplastic Composites show significant advantages compared with established thermosets. Several market studies show growth far above avarage over the next years. Nevertheless R&D activities are necessary to allow short term customized solutions for the Automotive Industry.


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    Title :

    Thermoplastic composites for mass production - The unstoppable change!


    Additional title:

    Thermoplastische Composites für die Serienfertigung - Ein unaufhaltsamer Wandel!


    Contributors:


    Publication date :

    2012


    Size :

    25 Seiten, Bilder



    Type of media :

    Conference paper


    Type of material :

    Storage medium


    Language :

    English