Ziel der Entwicklung
Mit recycelten Carbonfasern verstärktes SMC ist bisher noch nicht standardmäßig verfügbar. Als Verstärkungsfasern werden aktuell fast ausschließlich Glasfasern eingesetzt, da diese ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis aufweisen. Der Einsatz von primären Carbonfasern bei der SMC-Herstellung ist möglich, konnte sich jedoch bislang aufgrund des hohen Faserpreises noch nicht für größere Serien etablieren. Mit dem Einsatz von recycelten Carbonfasern könnte sich diese Situation ändern.
Ziel des Forschungsprojektes war es deshalb, Carbonfasern aus unbeharzten Produktionsabfällen (Zuschnitt, Preforming) auf textilen Anlagen so aufzubereiten, dass diese mit Hilfe eines innovativen Vlieslegeprozesses zu textilen Halbzeugen verarbeitet und in SMC-Verbundwerkstoffen erfolgreich eingesetzt werden können.
Vorteile und Lösungen
Die aus den Projektarbeiten resultierenden rCF-SMC-Werkstoffe sind gekennzeichnet durch:
- Fasermassegehalte von 20 bis 45 Ma%
- mit dem Fasergehalt ansteigende mechanische Kennwerte (Zugfestigkeit 100-190 MPa, Biegefestigkeit 200-390 MPa, Zug-E-Modul 10-24 GPa, Biege E-Modul 7-16 GPa, Charpy-Schlagzähigkeit 22-38 kJ/m³)
- niedrige Dichten (1,25 – 1,35 g/m³)
- hohe spezifische Festigkeiten und Steifigkeiten
- attraktives Potenzial zur Gewichtsreduzierung: 16 Prozent weniger Gewicht im Vergleich zu GF-SMC und 30 Prozent weniger Gewicht im Vergleich zu einem 1 mm dicken Stahlbauteil.
Die industrielle Machbarkeit wurde durch die Herstellung eines realen Demonstrationsbauteiles (Schiebedach) unter Verwendung einer großtechnisch gefertigten rCF-SMC-Pressmasse aufgezeigt.
Die am realen Bauteil ermittelten Kennwerte belegen, dass unter Verwendung der entwickelten rCF-Fasermatten leistungsfähige und leichte SMC-Pressmassen gefertigt werden können. Die neue Technologie zur Herstellung der rCF-SMC-Werkstoffe verbindet die hochwertigen Eigenschaften von carbonfaserverstärkten Kunststoffen mit der rationellen Verarbeitungstechnik von SMC und ermöglicht damit die Realisierung von CFK-Bauteilen in hohen Stückzahlen. Nach diesem Herstellungsverfahren können abfallfreie, endkonturnahe Bauteile in komplexer Geometrie mit Rippen und Inserts und quasi-isotropen Eigenschaften in kurzen Zykluszeiten und mit hoher Prozesssicherheit hergestellt werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Als korrosionsbeständige Materialien sind rCF/SMC-Verbundwerkstoffe zur Herstellung komplexer Formen mit lackierfähigen Oberflächen geeignet und können deshalb in der Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie wie z. B. Frontends, Heckklappen, Motorhauben, Kotflügel und Spoiler verwendet werden.
Insgesamt werden die Markteintrittschancen für Verbundwerkstoffe aus Leichtbau-SMC mit recycelten Carbonfasern als sehr erfolgversprechend angesehen, da in den verschiedenen Industriezweigen, insbesondere im Bereich der Automobilherstellung, das erforderliche Equipment und Know-how zur Herstellung dieser Verbundwerkstoffe und deren Weiterverarbeitung zu neuen Produkten vorhanden ist, was einen zukünftigen Nachfrageschub auslösen könnte.
Die bei der Projektbearbeitung gesammelten Erkenntnisse wurden genutzt, um ausgehend von dem bekannten Kennwerteprofil für das rCF-verstärkte SMC, die Kennwerte von SMC-Werkstoffen mit recycelten Carbonfasern (rCF) an die von CF-Neuware anzugleichen. Dazu sollen neue Wege zur Aufwertung der textilen rCF-Halbzeuge mit Original-Schnittfaser und Stretch-broken Carbonfasern beschritten werden, um Bauteile mit hohen Steifigkeiten zu realisieren.