Verfahrensentwicklung zur kostengünstigen Herstellung von Naturfaserhalbzeugen für innovative SMC-Prozesse

Abstract

Zielstellung des Vorhabens war die Entwicklung einer industriealisierbaren Technologie zur Herstellung von Matten aus Naturfasern für den Einsatz in Sheet Molding Compound (SMC)-Halbzeugen im Faserverbundleichtbau. Das Nutzungspotenzial solcher Matten sollte im SMC-Sektor prüftechnisch untersucht und dabei die Naturfasermattenfertigung bis zum kleintechnischen Verfahrensdemonstrator als Vorstufe einer Industrialisierung qualifiziert werden. Am Ende von Optimierungsschleifen gelang es, eine Naturfasermatte mit einem geringen PES-Bikofaseranteil auf einer industriellen SMC-Anlage mit Naturfasergehalten bis 30 Ma% zu fertigen und erfolgreich zu Musterbauteilen zu verpressen. Die Matten mit einer Wirrfaseranordnung verfügen dabei über keine bevorzugte Faserausrichtung und sind bei guter Tränkbarkeit durch ein isotropes Fließverhalten bei der Verbundherstellung gekennzeichnet. Die Fertigung der Matten kann auf marktverfügbaren, industrieüblichen Anlagen ohne spezielle Sonderkonstruktionen vorgenommen werden. Erfolgreich getestet wurden Hanf- und Flachsfasern in Kombination mit einer PES-Bikofaser mit einem Mantelschmelzpunkt unterhalb der Verarbeitungsstemperatur bei der SMC-Bauteilfertigung. Mit den für den kontinuierlichen SMC-Prozess entwickelten Fasermatten wurden auf einer industriellen SMC-Fertigungsanlage größere Mengen an Naturfaser-SMC hergestellt. Dieses Material wurde zwei Industriepartnern zur Fertigung von Musterbauteilen bereitgestellt. Die industriellen Verarbeitungsversuche zeigten, dass mit angepassten Prozessparametern und optimiertem Werkzeugdesign die Herausforderungen bei der Verarbeitung von Naturfaser-SMC gelöst werden können. Das Verfahren ist universell auch mit anderen Naturfasern oder Fasermischungen umsetzbar und in der Vliesstofffertigung Stand der Technik, was eine Übertragung in den Industriemaßstab ohne zusätzliche Investitionen erleichtert.