Herstellung endlosfaserverstärkter, thermoplastischer Halbzeuge für Karosseriestrukturbauteile in Großserie

Abstract

Derzeit werden in der Automobilindustrie Faser-Kunststoff-Verbunde mit thermoplastischer Matrix nur für semistrukturelle Bauteile mit geringeren Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen als Strukturbauteile und ohne Einbindung in die Hauptlastpfade einer Karosseriestruktur eingesetzt. Auf Basis von hohen mechanischen Anforderungen an ein Schwellerprofil einer Karosserie, soll demgegenüber eine zweischalige Bauweise unter Verwendung von mit Polyamid-Matrix vorimprägnierten, unidirektionalen Kohlenstofffasertapes zur Anwendung kommen. Infolge der extremen Belastungen ergibt sich ein Laminataufbau mit einer hohen Vorzugsrichtung in 0°-Faserorientierung und einer Dicke von bis zu 4,9 mm. Zur Herstellung derart hoher Wandstärken müssen die einzelnen unidirektionalen Tapes schichtweise aufgebaut und zu einem Laminat konsolidiert werden. Die Konsolidierung der Einzellagen kann dabei entweder direkt bei deren Ablage, auf statischen Heizpressen oder mittels Doppelbandpressen erfolgen. Für eine großserielle Herstellung ist aufgrund des kontinuierlichen Fertigungsprinzips eine Doppelbandpresse grundsätzlich von Vorteil. Anhand von experimentellen Fertigungsversuchen zur Konsolidierung der Layups konnte jedoch weder mit einer isobaren Doppelbandpresse, noch mit einer statischen Laborplattenpresse eine ausreichend gute Laminatqualität erzeugt werden. Lediglich die Veränderung des Lagenaufbaus, verbunden mit einer Reduzierung der mechanischen Eigenschaften des Laminats, erzeugte auf der Laborplattenpresse eine entsprechende Qualität. Allerdings ist die dafür erforderliche Zykluszeit für eine Großserienfertigung inakzeptabel. Somit stellt weder der untersuchte Doppelbandprozess, noch der statische Pressprozess, hinsichtlich der erzielbaren Laminatqualität und der erforderlich Anlagenkapazität für das beschriebene Schwellerprofil eine großserientaugliche Fertigungstechnologie dar. Darauf aufbauend müssen weiterführende Fertigungsstudien zum Doppelbandpressprozess mit Anpassung der Prozessparameter durchgeführt werden.