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Neue Prozeßtechnologien zur Herstellung naturfaserverstärkter Leichtbau-strukturen
Prof. Dr.-Ing. G. Ziegmann, Dipl.-Ing. L. Frormann Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik Faserverstärkte Kunststoffe weisen aufgrund ihrer hohen spezifischen Kenngrößen - Festigkeit und Elastizitätsmodul, bezogen auf die Dichte - ein großes Leichtbaupotential auf. Neben den synthetisch hergestellten Fasertypen sind hier vor allem Naturfasern wie Flachs, Hanf, Sisal etc. zu nennen, die ein erstaunlich hohes Eigenschaftspotential zeigen. Seit einigen Jahren finden Naturfasern bereits Anwendung in untergeordneten Baugruppen in der Automobilindustrie wie Hutablage, Innentürverkleidung etc. Die Einsatzmöglichkeiten sind damit jedoch bei weitem nicht erschöpft. Der Einsatz und die Nutzung neuer Technologien, von der Faseraufbereitung bis hin zum Fertigungsprozess, sollte das Anwendungsgebiet derartiger Fasersysteme deutlich ausweiten. Die Erzeugung verschiedener textiler Halbzeuge, wie sie schematisch in Abb. 1 dargestellt ist, schafft die Voraussetzung für unterschiedliche Verarbeitungsprozesse. Das über eine Karde aufgelöste Garn kann - als reine Naturfaser oder als Hybridgarn mit einer Thermoplastmatrix - zu einem Vlies verarbeitet werden, das über einen Vernadelungsprozess ein handhabbares Halbzeug für die Verarbeitung in Preß- oder Diaphragmatechnologie darstellt. Die Verarbeitung zu einem gedrehten Garn über einen Spinnprozess ist als Ausgangsmaterial z.B. für den Wickelprozess zu betrachten. Wird dagegen das Kardenband direkt in einer Kanne abgelegt, so eignet sich dieses Halbzeug als Ausgangsmaterial für z.B. den Faserspritzprozess. Die Entwicklung von Fertigungsprozessen zur Herstellung von Bauteilen aus den o.g. textilen Halbzeugen ist ganz entscheidend für die Nutzung des Faserpotentials in unterschiedlichen Anwendungen. Das Faserspritzverfahren ist ein teilmechanisierter Prozess, bei dem Fasern endlicher Länge auf einen Formenträger aufgespritzt und gleichzeitig mit einem Matrixsystem - vorwiegend UP-Harz - imprägniert werden. Die Schwierigkeiten beim Schneidprozess von Naturfasern mit herkömmlichen Messern erfordert neue Aufschlußkonzepte zur Vereinzelung der Naturfasern. Die Wickeltechnik zur Herstellung weitgehend rotationssymmetrischer Bauteile ist heute bereits serienmäßig mit Synthesefasern in der Produktion eingeführt. Die Verarbeitung von Naturfasern erfordert neue Konzepte der Faserzuführung und Imprägnierung - vor allem bei thermoplastischer Matrix - um mittel- oder hochbeanspruchte Bauteile herstellen zu können. In der Presstechnologie - sei es das bekannte Pressen mit zwei Formhälften oder die Diaphragmatechnik - wird vorwiegend der oberste, im Bild beschriebene Weg des Halbzeugs angewandt, um zum Bauteil zu gelangen. Durch den Einsatz der Diaphragmatechnik ist ein erweitertes Potential für den Einsatz von Naturfaserverbunden in komplexen Strukturen mit hohen Umformgraden zu erwarten, das deutlich über die bekannte Presstechnologie hinausgeht. Die vielfältigen Verarbeitungsmethoden erlauben eine differenzierte Betrachtung verschiedener Bauteile und eine Ausweitung potentieller Anwendungsgebiete von naturfaserverstärkten Bauteilen in naher Zukunft. 
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Ziegmann TU Clausthal Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik Agricolastraße 6 38678 Clausthal-Zellerfeld phone: +49-5323-72-2090 fax: +49-5323/72-2324 e-mail: ziegmann@puk.tu-clausthal.de |
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