Glasfasergewebe machen den Kunststoff noch vielseitiger

Ziel des Projektes GLIM (GLas fabric Insert Molding) ist die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem es möglich ist Glasfasern in Form von Gelegen oder Geweben mit einem Thermoplast zu hinterspritzen. Durch die Entwicklung der vollautomatischen Gewebezuführeinheit und die anschließende Implementierung dieser in den Spritzgießprozess, lassen sich erstmals reproduzierbar Bauteile mit einer endlos Glasfaserverstärkung in großen Stückzahlen wirtschaftlich fertigen.

Mit dem Fokus auf den Leichtbau, wurde ein Hybridwerkstoff entwickelt welcher besonders im Automobilsektor seine Anwendung finden kann. So konnte das Glasfasergewebe bereits seine Anwendung in einer Laderaummulde finden. Während der Entwicklung hat das Hybridmaterial zusätzlich sehr großes Potenzial im Bereich des Splitterschutzes gezeigt. Es war somit möglich auch sehr spröde Materialien im Zugversuch ohne einen Splitterflug zu prüfen.

Zur Umsetzung der Ziele wurden in einem mehrstufigen Entwicklungsprozess diverse Lösungsansätze zur Gewebefokussierung sowie Gewebezuführung entwickelt.

Der erste Ansatz umfasste die Fixierung der Gewebe über Spanndorne. Diese spannen das Gewebe an definierten Freistellungen. Ursprünglich war es geplant die automatische Gewebezuführung über Nadelkissengreifer zu realisieren. Dieser Lösungsansatz zeigte sich jedoch als nicht zielführend. Die Problemstellungen liegen zum einem bei der notwendigen Separierung der einzelnen Gewebelagen sowie bei dem zusätzlichen Handlingaufwand zur Vorbereitung der Gewebezuschnitte.

Alternativ wurde ein Konzept entwickelt, indem das Gewebe über ein Rollenvorschubgerät dem Spritzgießprozess zugeführt wird. Dieser Lösungsansatz zeigte eine hohe Prozessstabilität sowie Reproduzierbarkeit. Parallel zur Zuführung wurde eine Schneidvorrichtung zum Heraustrennen der Bauteile entwickelt. Der Schneidprozess findet im Spritzgießprozess statt, es entsteht somit keine Prozessverlängerung.

Diese Prozessbasis (Abb. 1) ermöglichte die Erstellung einer Parameterstudie zur Erfassung der Zusammenhänge zwischen den Maschineneinstellparametern zu den mechanischen Bauteileigenschaften. Für die Studie wurden 600 Probekörper vollautomatisch hergestellt und geprüft. Mithilfe der gezielten Prozessmanipulation konnten die Zugfestigkeit der Probekörper von 74 MPa auf 112 MPa gesteigert werden. Für die potenzielle Prozessimplementierung konnte eine Prozessparameter-Einstellempfehlung entwickelt werden.

Weiterhin wurden verschiedene dekorative Gewebe mit transparenten Kunststoffen hinterspritzt. Für eine wertig anmutende Oberfläche wurden zwei „Carbon-Imitat“-Glas-Polymer-Gewebe ausgewählt. Aufgrund des wesentlich kostengünstigeren Grundmaterials sind diese Carbon-Imitat-Gewebe im Vergleich zu Echtmaterialien günstiger. Bei der Materialmusterung zeigte sich, dass die hohe Verarbeitungstemperatur von Polycarbonat in Kombination mit der Temperaturerhöhung durch die Materialscherung im Angussbereich zum Aufschmelzen und Auswaschen des Polymeranteils im Gewebe führt. Aufgrund der geringeren Schmelzetempearatur, konnte die Problemstellung mit einem Materialwechsel auf PC gelöst werden. In weiteren Versuchsreihen konnten verschiedene Kunstleder-Hybridgewebe ebenfalls erfolgreiche hinterspritzt werden.

Das Projekt konnte mit großen Erfolg abgeschlossen werden. Die exzellente und effiziente Zusammenarbeit des Werkzeugbau Röttger und der KIMW-F gGmbH führten zu eindrucksvollen Ergebnissen.

Herr Fronius, Geschäftsführer vom Werkzeugbau Röttger, kann folgendes über die Zusammenarbeit berichten:

„Wir konnten uns jederzeit auf InnoLab verlassen. Beginnend beim Verfassen des Zwischenberichts bis hin zur Klärung von Fragestellungen im Schlussverwendungsnachweis hatten wir jederzeit einen kompetenten Ansprechpartner. Wir hätten uns keine bessere Abwicklung vorstellen können.“