Thermoplast-FVK

In diesem Blog werde ich Ihnen helfen, den Unterschied zwischen dem allgemeinen Begriff "Verbundwerkstoff" und dem spezifischeren Begriff "CFR-Thermoplast" oder vollständig "endlosfaserverstärkter Thermoplast" zu verstehen. Wichtig dabei ist, dass die Endlosfaser die optimale Verstärkung für stark belastete Produkte bietet..

Die Definition von „Verbundwerkstoff“ ist eigentlich ein seit langem existierender Begriff für die Kombination zweier Materialien, die neue Eigenschaften oder Vorteile bringen.  Es bezieht sich eigentlich nicht speziell auf Polymere und Fasern, sondern kann eine beliebige Kombination von Materialien oder Elementen sein. Stahlbeton (Beton mit Stahlstäben) ist beispielsweise ein Verbundwerkstoff oder eine Sandwichplatte (wie Schaum zwischen zwei Aluminiumschichten).

Die Entwicklung verstärkter Polymere begann mit der Kombination von Fasern und duroplastischen Polymeren (meist Duroplaste genannt).  Duroplast ist ein Polymer, das durch Aushärtung aus einem weichen festen oder viskosen flüssigen Präpolymer oder Harz irreversibel gehärtet wird.  Das flüssige Harz ist aufgrund der relativ niedrigen Viskosität perfekt geeignet, um zusammen mit Fasern laminiert und in eine bestimmte Form gebracht zu werden: das duroplastische Verbundprodukt.  Wie gesagt, dieser Prozess ist irreversibel, das heißt, das Material kann nicht in Form oder Form verändert werden und ist daher nicht (einfach) recycelbar.  Die Alternative zur Verbrennung duroplastischer Produkte in Verbrennungsanlagen führt zu einer begrenzten Energieerzeugung und manchmal zu giftigen Gasen und Dämpfen.  Dies ist im Vergleich zu Metall oder thermoplastischem Material der größte Nachteil der Anwendung von duroplastischen Materialien.

Die Entwicklung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen hat aufgrund der höheren Viskosität von Thermoplasten im Vergleich zu Harzen von Duroplasten einen langen Weg zurückgelegt.  Die heutigen Herstellungsmethoden ermöglichen die Herstellung vieler verschiedener Arten von UD-Tapes (Uni-Directional Tape, mit den Fasern in einer Richtung).  Viele verschiedene thermoplastische Polymere können mit Fasern kombiniert und in unterschiedlicher Breite zu Platten oder in geringer Breite für Tapelegeverfahren geschlitzt werden.  Die Kombination von Schichten in unterschiedlichen Winkeln ermöglicht es, die Festigkeitsrichtung zu optimieren oder ein isotropes Verhalten des Endprodukts zu erzeugen.

Tape und Blatt sind der Rohstoff für die Weiterverarbeitung mit Thermoformen, Tapelegen oder Tapewickeln.  Die Faser im UD-Tape ist endlos und deshalb werden die Produkte aus UD-Tape als endlosfaserverstärkte Thermoplaste (CFR Thermoplastics / CFR-TP) bezeichnet und bieten in anspruchsvollen Anwendungen die volle Festigkeit der Endlosfasern.

Thermoplastisches Material wird bei einer bestimmten Temperatur weicher, die von der Art des Materials abhängt.  Bei Anwendungen mit sehr hohen Betriebstemperaturen können Materialien wie PEEK (oder PAEK und PEKK) eine Lösung bieten.  Thermoplaste können (lokal) geformt werden, indem man die Temperatur deutlich über die Glastemperatur (Tg) bringt und das Material (wie die meisten Metalle) verformt.  Ebenso wichtig zu erwähnen ist die Recyclingfähigkeit des thermoplastischen Faserverbundmaterials, wodurch das Material in die Kreislaufwirtschaft passt!

Geschrieben von Theo Mimpen (März 2021)