Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICTDie Gruppe Spritzgießen und Fließpressen ist spezialisiert auf die Entwicklung großserientauglicher Prozesse und Verfahren zur Formgebung fließfähiger Materialsysteme. Neben Standard-Spritzgieß- und Fließpressverfahren bilden hierbei vor allem einstufige ressourcen- und energieeffizienten Direktprozesse sowie maßgeschneiderte lokale Endlosfaserverstärkung und Sprühprozesse einen Schwerpunkt.
Spritzgießen und Fließpressen
Spritzgießfertigungszelle zur Verarbeitung von duromeren und thermoplastischen Materialsystemen
Thermoplast-Schaumspritzgießen
Beim Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG) wird die Polymerschmelze mit einem Treibmittel beladen, welches nach dem Einspritzvorgang das Aufschäumen der Formmasse in der Kavität bewirkt. Gemeinsam mit unseren Partnern entwickeln wir Materialzusammensetzungen und Prozesse für geschäumte Bauteile. Hierbei greifen wir sowohl auf chemische als auch auf physikalische (Mucell®/Direct-Foam) Treibmittel zurück.
Luftführung hergestellt durch 2K-Spritzgießen
und Thermoplastschaumspritzgießen mit atmendem Werkzeug
Diskontinuierlich-verstärkte Thermoplaste
Wird die Compoundiertechnik mit dem Spritzgießen zu einem Prozess verbunden, ergeben sich für den Kunststoffverarbeiter neue, innovative Möglichkeiten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Spritzgießbauteilen bei gleichzeitiger Energie- und Materialkosteneinsparung. Durch das schonende Einarbeiten von Fasern über den Compoundierextruder lassen sich im Bauteil zudem wesentlich höhere Faserlängen als beim konventionellen Spritzgießen erzielen. Im Fließpressverfahren können diese Materialien mit einem produktiven und flexiblen Direktprozess (Zweimaschinentechnologie) verarbeitet werden. Diese Technologie bietet besondere Flexibilität bei den Kombinationsmöglichkeiten der Matrixmaterialien und den eingesetzten Verstärkungsfasern sowie besonders kurze Zykluszeiten in der Herstellung. Weiterhin birgt das Hinterpressen von metallischen Einlegern oder von endlosfaserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen großes Potenzial, um diese Werkstoffklasse für ihre Anwendung in strukturellen Komponenten weiterzuentwickeln.
MoPaHyb – Pilotanlage mit hydraulischer Oberkolbenpresse und Langfaserspritzgießmodul
Spritzgießverarbeitung von duromeren Faserverbundwerkstoffen
Duromere (vernetzende) Kunststoffe besitzen gegenüber Thermoplasten Vorteile hinsichtlich ihrer Medien- und Temperaturbeständigkeit, was sie zu attraktiven Werkstoffen für Hochleistungsanwendungen unter anspruchsvollen Bedingungen macht. Dies ermöglicht beispielsweise eine Substitution von Aluminium-Druckguss durch rieselfähige, härtbare Formmassen auf Phenolharz- und Epoxidharz-Basis und verspricht sowohl Gewichts- als auch Kostenreduktion.
Prototyp eines aus glasfaserverstärktem Phenolharz spritzgegossenen Leichtbau-Zylindergehäuses eines Motorblocks (Leichtbau-Verbrennungsmotor)
Sheet Moulding Compound (SMC)
Aufgrund geringer Dichte, hoher Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit, bei gleichzeitiger Formstabilität sowie der erzielbaren Class-A-Oberfläche halten Bauteile aus SMC zunehmend Einzug in Anwendungen der Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie. Das SMC ermöglicht Leichtbaulösungen in Anwendungsbereichen, die durch ein hohes Anforderungsprofil hinsichtlich mechanischer, chemischer und thermischer Beanspruchung gekennzeichnet sind.
Unsere Forschungsaktivitäten liegen in der Material- und Prozessentwicklung zum Compoundieren und Fließpressen von SMC. Dies beinhaltet beispielsweise Rezepturentwicklung, Verwendung neuartiger Harzsysteme und Verstärkungsfasern, Neuentwicklungen von Halbzeugherstellungsmaschinen und verbesserte Prozessführung in der Bauteilfertigung. Zielrichtungen sind hierbei Class-A-Oberflächen, Leicht-SMC, lokal verstärkte SMC-Bauteile sowie die Verarbeitung von Nanopartikeln als auch Natur- und Kohlenstofffasern.
SMC am Beispiel eines PKW Unterbodens. Zur Darstellung von Rippen wurde Glasfaser-SMC eingesetzt. Lastpfade sind mit UD-CF-Prepreg verstärkt. Prepreg wurde auf Dieffenbacher Preform-Center automatisiert drapiert. Hierfür wurde ein spezielles Harz eingesetzt (Hybrid Harz / UPPH Harz). Dies ermöglicht die Herstellung von steifen und formstabilen Verstärkungsstrukturen und gleichzeitig eine chemische Verbindung zum SMC beim Co-Molding.
Projektbeispiele
- DEmiL | Direktgekühlter Elektromotor in Kunststoffbauweise für Traktionsanwendungen
- MO·PA·HYB | Modular production plant - Economical manufacturing of high-performance hybrid structures
- VliesSMC | Untersuchungen zur Verarbeitung von angepassten Kohlenstofffaservliesstoffen in der Sheet Moulding Compound Prozesskette
Fraunhofer Cluster of Excellence
Das Fraunhofer ICT ist beteilgt am Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE®.
Die beteiligten Fraunhofer-Institute zeigen am Beispiel Kunststoff auf, wie Energie- und Materialströme einer Wertstoffkette in eine zirkuläre Wirtschaftsform überführt werden können. Dazu werden spezielle Systemleistungen mit und für die Kunststoffindustrie einschließlich der an sie angeschlossenen Konsumgüter- und Handelsunternehmen und der Kreislaufwirtschaft entwickelt.
- Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE (fraunhofer.de)