Herstellung und Verarbeitung fasergespritzter Preforms aus thermoplastischen Hybridrovings

Faserverbundkunststoffe mit thermoplastischer Matrix weisen neben ihren guten mechanischen Eigenschaften zudem das Potenzial des immer mehr an Bedeutung gewinnenden werkstofflichen Recyclings auf. Die Analyse etablierter Halbzeuge und Verarbeitungsverfahren zeigt jedoch, dass für größere Serienanwendungen im Automobilbau bisher lediglich langfaserverstärkte Pressmassen als wirtschaftliche Alternative zu Metallen verarbeitet werden. Der ökonomischen Verarbeitbarkeit dieser Werkstoffe stehen jedoch relativ geringe Festigkeiten und Steifigkeiten gegenüber. Hochbelastbare endlosfaserverstärkte Thermoplaste, mit denen unter rein technischen Gesichtspunkten hochsteifer Leichtbau möglich ist, weisen dagegen sowohl verarbeitungstechnische als auch ökonomische Nachteile gegenüber den Pressmassen auf. Im Rahmen dieser Arbeit wir daher ein Prozess zur Herstellung neuartiger Preforms sowie deren Weiterverarbeitung vorgestellt. Dabei werden Hybridrovings, die neben den Verstärkungsfilamenten auch die thermoplastische Matrix in Form von Filamenten enthalten, im Faserspritzverfahren zu Preforms verarbeitet. Die Laminate der fasergespritzten Preforms zeigen dabei signifikant bessere mechanische Eigenschaften als marktübliche Fließpressmassen sowie eine bessere Umformbarkeit als gewebeverstärkte Thermoplaste. Die Schwerpunkte dieser Arbeit liegen in der konstruktionsmethodischen Herleitung sowie der praktischen Verifizierung des Preform-Herstellungsprozesses. Des weiteren wir die Weiterverarbeitung dieser Preforms im nicht-isothermen Diaphragmaverfahren untersucht und die physikalischen Eigenschaften der Laminate mit marktüblichen gewebe- und langfaserverstärkten Thermoplasten verglichen. Anhand zweier Bauteilbeispiele zeigt eine Wirtschaftlichkeitsanalyse, dass der Faserspritzprozess für Hybridrovings eine ökonomische Alternative zu etablierten Halbzeugen darstellen kann. Schließlich wird das Potenzial in Bezug auf die Weiterverarbeitung im Pressverfahren, der Bauteildekorierung sowie des Recyclings aufgezeigt.