Spritzgießen und Fließpressen

Die 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.

Spritzgießfertigungszelle zur Verarbeitung von duromeren und thermoplastischen Materialsystemen
© Fraunhofer ICT

Spritzgießfertigungszelle zur Verarbeitung von duromeren und thermoplastischen Materialsystemen

Unverstärkte Thermoplaste

Luftführung hergestellt durch 2K-Spritzgießen  und Thermoplastschaumspritzgießen mit atmendem Werkzeug
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Luftführung hergestellt durch 2K-Spritzgießen und Thermoplastschaumspritzgießen mit atmendem Werkzeug

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. Zudem liegt ein weiterer Schwerpunkt auf der Verarbeitung von funktionalisierten Polymeren im Spritzgießen und artverwandten Sonderverfahren.

Diskontinuierlich-verstärkte Thermoplaste

MoPaHyb – Pilotanlage mit hydraulischer Oberkolbenpresse und Langfaserspritzgießmodul
© Fraunhofer ICT

MoPaHyb – Pilotanlage mit hydraulischer Oberkolbenpresse und Langfaserspritzgießmodul

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. Auch bei Verwendung von Schäumtechnologien oder im 3D-Druck erhöhen die Fasern die spezifischen Eigenschaften des Bauteils.

Spritzgießverarbeitung von duromeren Faserverbundwerkstoffen

Prototyp eines aus glasfaserverstärktem Phenolharz spritzgegossenen Leichtbau-Zylindergehäuses eines Motorblocks (Leichtbau-Verbrennungsmotor)
© Fraunhofer ICT

Prototyp eines aus glasfaserverstärktem Phenolharz spritzgegossenen Leichtbau-Zylindergehäuses eines Motorblocks (Leichtbau-Verbrennungsmotor)

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.

Sheet Moulding Compound (SMC)

SMC am Beispiel eines PKW Unterbodens
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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.

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.

Langfaserverstärkte Polyurethane

Prototyp PURtrain zeigt ein funktionsintegiertes Wagenkastensegment in Multi Material Design
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Prototyp PURtrain zeigt ein funktionsintegiertes Wagenkastensegment in Multi Material Design – hybride Sandwichbauweise für Schienenfahrzeuge

Das Polyurethan-Fasersprühverfahren ist ein flexibler Prozess zur Herstellung langfaserverstärkter Polyurethanbauteile. Durch die variabel einstellbaren Faserlängen und Fasergehalte sowie über das Versprühen unterschiedlicher Polyurethansysteme können mit dieser Technologie Eigenschaftsprofile von Bauteilen lokal eingestellt werden. Des Weiteren ermöglicht das Polyurethan-Fasersprühen die kostengünstige Herstellung

von Sandwichstrukturen. In Kombination mit lokal eingebrachten Verstärkungsstrukturen wird an der Erschließung neuer Anwendungsgebiete für Polyurethan-Strukturbauteile im Multi-Material-Design gearbeitet.