Neues thermoplastisches Produktionsverfahren

Kunststoff schlägt Metall mit Leichtigkeit

Hat die Entwicklung des neuen Fertigungsverfahrens vorangetrieben: Sindy Richter.
Hat die Entwicklung des neuen Fertigungsverfahrens vorangetrieben: Sindy Richter.

Was wäre, wenn man im Engineering schweres Metall an vielen Stellen durch leichten Kunststoff ersetzen könnte? Man kann, Dank einer jungen Ingenieurin.

Der Technoform Kunststoffprofile GmbH aus Kassel ist eine Innovation gelungen: Ihr neues thermoplastisches Produktionsverfahren erhöht die Steifigkeit von Kunststoffen so sehr, sodass Metall in vielen Industriebereichen ersetzt und der ökologische Fußabdruck gleichzeitig reduziert werden kann.

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In einem neuen thermoplastischen Schmelzepultrusionsverfahren produzieren die Experten von Technoform Kunststoffprofile, die ähnliche Steifigkeitswerte wie Metalle erreichen, aber im Vergleich dazu deutlich leichter sind. Für den Einsatz in unterschiedlichen Branchen bringt das signifikante Vorteile.

Produktionslinie bei Technoform.
Produktionslinie bei Technoform.

Entwicklerin Sindy Richter hat das Verfahren mit ihrem Team maßgeblich vorangetrieben: „Durch die Verwendung von Polyamiden, wie beispielsweise PA6 und PA66 oder Polypropylen (PP) erreichen wir mit unserem Verfahren eine maximale Materialfreiheit. Das wirkt sich auf die Eigenschaften der Pultrudate und die Anbindungsmöglichkeit zu anderen Kunststoffkomponenten positiv aus. Zudem lässt sich der Fasergehalt je nach Anwendungsfall individuell variieren. Am Ende ist das Gewicht des fertigen Produktes sogar signifikant leichter, bei extremer Schlag- und Biegefestigkeit.“

So funktioniert die thermoplastische Pultrusion:

  • Thermoplastische Pultrusion ist eine Weiterentwicklung des klassischen Pultrusionsverfahrens, bei der thermoplastische Kunststoffe anstelle von duroplastischen Harzen als Matrixmaterial verwendet werden.
  • In beiden Verfahren werden Endlosfasern mit einem Kunststoff imprägniert, sodass jedes Faserelement von Kunststoff umgeben und bei Belastung mit dem danebenliegenden Element verbunden ist, was die Kraftübertragung optimiert.
  • Bei der duroplastischen Pultrusion ist dies recht einfach möglich, da Duroplaste im flüssigen Zustand sehr dünnflüssig sind und die Fasern die Matrix so sehr gut aufnehmen können.
  • Thermoplastische Kunststoffe haben jedoch eine viel höhere Viskosität. Die Imprägnierung der Fasern durch diese zähe Kunststoffmasse ist somit schwieriger. Daher hat Technoform einen speziellen Prozess für die thermoplastische Schmelzepultrusion entwickelt.

Die Umformbarkeit der thermoplastischen Pultrusionsprofile schlägt sich zudem in einer höheren Designflexibilität, weniger Nachbearbeitungsschritten und einer erleichterten Montage nieder.

So läuft der Prozess ab: Vom Spulengatter ganz rechts werden Endlosfasern in der gewünschten Geschwindigkeit abgewickelt. Im Tensioner werden die Fasern vorgewärmt und vorgespannt. Im Extruder wird thermoplastischer Kunststoff aufgeschmolzen und zum beheizten Pultrusionswerkzeug gefördert. Verstärkungsfasern durchlaufen das Werkzeug und werden dabei in die Kunststoffmatrix eingearbeitet. Im Werkzeug erfolgt die Formgebung. Das Profil wird so lange im Abkühlprozess gehalten, bis es vollständig erstarrt ist. Zuletzt wird das fertig pultrudierte Profil durch einen Raupenabzug zur Ablängeeinheit geführt.
So läuft der Prozess ab: Vom Spulengatter ganz rechts werden Endlosfasern in der gewünschten Geschwindigkeit abgewickelt. Im Tensioner werden die Fasern vorgewärmt und vorgespannt. Im Extruder wird thermoplastischer Kunststoff aufgeschmolzen und zum beheizten Pultrusionswerkzeug gefördert. Verstärkungsfasern durchlaufen das Werkzeug und werden dabei in die Kunststoffmatrix eingearbeitet. Im Werkzeug erfolgt die Formgebung. Das Profil wird so lange im Abkühlprozess gehalten, bis es vollständig erstarrt ist. Zuletzt wird das fertig pultrudierte Profil durch einen Raupenabzug zur Ablängeeinheit geführt.

Sindy Richter ist Teammanagerin Entwicklung bei Technoform, wo sie seit 2020 tätig ist. Sie hat an der Berufsakademie Karlsruhe ein Studium zur Diplom-Wirtschaftsingenieurin absolviert. In dem folgenden Video erläutert sie die Vorzüge des neuen Verfahrens:

Testergebnisse des Instituts für Werkstofftechnik der Universität Kassel bestätigen sehr hohe Festigkeitswerte und die Homogenität in der Faserverteilung. „Erste Pilotprojekte zeigen eine signifikante Reduzierung des rohstoffbasierten GWP-Werts etwa im Vergleich zu Anwendungen mit Profilen aus Aluminium, was für unsere Kunden aus den verschiedensten Industriezweigen einen enormen Vorteil bringt,“ erklärt Fabio Späth, Nachhaltigkeitsmanager bei Technoform. „Zudem minimiert sich der Recyclingaufwand deutlich, da das Gesamtsystem materialgleich ausgelegt werden kann“, fügt Späth hinzu. Ein Plus für viele Industriezweige, die GWP-Werte senken und durch den Einsatz der neuen Kunststoffe ihre ökologische Bilanz optimieren können.

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