MAI CaFeE

Neuartige Carbonfasern für thermoplastische Anwendungen

Derzeit eingesetzte Bauteile aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) werden in überwiegendem Maße mit duromeren Matrixwerkstoffen (Harzen) hergestellt. Die aktuell auf dem Markt verfügbaren Harzsysteme weisen jedoch im Vergleich zu thermoplastischem, d. h. in bestimmtem Temperaturbereich verformbar, Matrixmaterial einige Nachteile hinsichtlich Zykluszeit, Energieverbrauch, Lagerzeit und Recyclingfähigkeit auf. Daher sollen zukünftig verstärkt Thermoplaste für eine wirtschaftlichere Herstellung von CFK-Bauteilen genutzt werden.

Der Einsatz von thermoplastischem Matrixmaterial erfordert jedoch aufgrund der im Vergleich zum Harz unterschiedlichen Materialeigenschaften eine auf Thermoplaste angepasste neuartige Carbonfaser. Diese muss um optimale Eigenschaften im Verbund zu entwickeln über eine höhere Dehnung sowie über eine an das Matrixmaterial angepasste Oberfläche verfügen.

Hier setzt das beantragte Vorhaben an. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Carbonfaser, die im Vergleich zum Stand der Technik über eine höhere Dehnung verfügt und gleichzeitig Oberflächeneigenschaften besitzt, die im Hinblick auf eine ideale Anbindung an thermoplastisches Matrixmaterial ausgelegt ist. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen innerhalb des Vorhabens die Prozessparameter der Carbonfaserherstellung an allen Stufen der Faserherstellung variiert werden. Zudem soll der Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften sowie auf die resultierenden Oberflächeneigenschaften der Fasern, untersucht werden, insbesondere auf die Art und Konzentration der an der Oberfläche vorliegenden funktionellen Gruppe sowie die Topographie der Oberfläche auf Nanoskala. Die neue Faser wird dann zur Herstellung von CFK-Prüfkörpern genutzt und im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit im Verbund geprüft.

Abbildung: Verschiedene Carbonfaserbündel

Der Einsatz von thermoplastischem CFK ist ein optimales Instrument, um die Clusterziele wie beispielsweise die Reduktion der Fertigungskosten und Ausschussraten oder Steigerung des Automatisierungsgrads zu erreichen. Somit leistet dieses Vorhabe einen wichtigen Beitrag zum MAI Carbon Cluster, erhöht die Wettbewerbsfähigkeit der beteiligten Partner und führt gleichzeitig zu einer Stärkung der MAI-Region.