Neuartige Hochleistungs-Polyamid-Tapes mit unidirektionaler Glasfaserverstärkung

Faserverbundkunststoffe, die metallische Materialien und Konstruktionen ersetzen können, spielen mit Blick auf den Klimaschutz und damit auch auf die Reduktion des CO2-Ausstoßes eine wesentliche Rolle. Mittels Leichtbaus können Roh- und Werkstoffe, Kosten und Energie bei der Herstellung sowie bei der Nutzung und Verwertung eines Produkts eingespart werden.

Rolle mit endlosfaser-verstärktem Tape aus Polyamid mit Glasfasern im Produktionsprozess. © Fraunhofer IMWS

Basierend auf endlosen Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix, verfügen unidirektionale Faserverbundhalbzeuge (UD-Tapes) über bessere mechanische Eigenschaften als herkömmliche Partikel- oder Faserverbundkunststoffe. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit können sie in unterschiedlichen Branchen – ob in der Automobilindustrie, dem Luft- und Raumfahrtsektor, dem Maschinenbau oder dem klassischen Bauwesen – eingesetzt werden.

Im Projekt »High-Performance-Thermoplastics« (HighPerTherm) entwickelte das Fraunhofer IMWS zusammen mit dem Projektpartner DOMO Engineering Plastics GmbH neuartige Glasfaser-Polyamid-Tapes für den Einsatz in innovativen und kosteneffizienten Leichtbaustrukturen für die Großserienfertigung. Ziel war es, das Anwendungsspektrum thermoplastischer, endlosfaserverstärkter Tape-Halbzeuge für den effizienten Einsatz in hochbelastbaren Strukturen zu erweitern.

Im Rahmen des Projekts widmete sich das Fraunhofer IMWS der Optimierung und Weiterentwicklung der Prozesstechnik zur Herstellung endlosfaserverstärkter Thermoplasthalbzeuge sowie deren Charakterisierung. Das im Projekt von DOMO Engineering Plastics entwickelte Matrixsystem sowie umfangreiche Analysen und Optimierungen der Prozessparameter führten zu einer deutlichen Steigerung der mechanischen Leistung der Tape-Halbzeuge gegenüber vergleichbaren Materialien. Ferner wurde durch die neu entwickelten Matrixsysteme eine signifikante Verbesserung der Verarbeitbarkeit im Tape-Prozess erreicht, wodurch eine deutliche Steigerung der Faserbenetzbarkeit im Tape-Halbzeug sowie eine Verbesserung der Prozesslangzeitstabilität ermöglicht wird.

Laboranlage zur Entwicklung undirektional endlosfaser-verstärkter Tapes. © Fraunhofer IMWS / Lisa Ossowski

»Durch gezielte material- und prozessspezifische Entwicklungsschritte haben wir Steigerungen des Faservolumenanteils in den Tape-Halbzeugen erzielt und optimale Parameter ermittelt, die die Herstellung von UD-Halbzeugen mit optimierter mechanischer Performance ermöglichen«, sagt Benjamin Tillner, Teilprojektleiter Halbzeugentwicklung.

Die DOMO Engineering Plastics GmbH (DOMO EP, Leuna) ist ein Tochterunternehmen von DOMO Chemicals, einem Hersteller von Polyamid 6 und Polyamid 6.6 mit Sitz in Gent, Belgien. DOMO EP vermarktet die UD-Tapes seit 2022 unter dem kommerziellen Namen »TECHNYL® Lite«.

Das abgeschlossene Projekt »HighPerTherm« (gefördert durch die Investitionsbank Sachsen-Anhalt) war in den »Leitmarkt Chemie und Bioökonomie« des Landes Sachsen-Anhalt sowie in das »Leistungszentrum Chemie und Biosystemtechnik« eingebunden.