Leistungen | Polymerverarbeitung

Leistungsspektrum der Gruppe Thermoplastbasierte Faserverbund-Halbzeuge

• Anwendungsspezifische Material-Entwicklung für faserverstärkte Halbzeuge und Formteile in Kurz-, Lang- und Endlosfaserverstärkung
• Einsatz verschiedener Faserarten und -typen (organische und anorganische Fasern sowie Naturfasern)
• Prozessentwicklung und –optimierung in den kontinuierlichen thermoplastischen Verarbeitungsverfahren
  • UD-Tape-Entwicklung mit Endlos- und Langfasern
  • Extrusion von Halbzeugen wie Hohlkammerprofilen
  • Compoundierung faserverstärkter Thermoplaste
• Scale up von Verarbeitungsprozessen
• Optimierung von Compoundierprozessen auf Doppelschneckenextrudern z.B. bezüglich Schneckenprofilen und Faserzugabe
• Entwicklung und Herstellung von prototypischen Komponenten für eine Markteinführung 
• Ermittlung und Bewertung des Einflusses des Materialsystems und der technologischen Bedingungen auf die Material-Kennwerte im thermoplastischen Composite (TPC)
•  zerstörende und zerstörungsfreie Prüfverfahren

Leistungsspektrum der Gruppe Thermoplastbasierte Faserverbund-Bauteile

Forschungsthemen & Kompetenzen

• Prozess- und Bauteilentwicklung für thermoplastische Leichtbaustrukturen (auf Basis Tape- & Sandwichhalbzeuge)
• Prozesssimulation (Compoundier-, Spritzguss-, und Thermoformsimulation)
• Entwicklung von Werkzeug- und Prozesstechnik
• Prototypenentwicklung und Kleinserie
• Nachhaltiger Leichtbau

Prozess- und Bauteilentwicklung

• Prozesstechnik (IR-Aufheizsysteme, Steuerung)
• Automatisierung (Roboter, Greifersysteme, WZG)
• Werkzeugentwicklung und Konstruktion (insbesondere für die Warmumformung)
• Kunststoff- und faserverbund-gerechtes Bauteildesign
• Prototypenentwicklung und Kleinserie
• Direkt-Compoundierung im IMC-Prozess

Prozess-Simulation

• Compoundiersimulation (Polyflow)
• Aufheizsimulation & Thermoformsimulation (LS-Dyna)
• Spritzgusssimulation (Moldex-3D)
• Homogenisierung (Digimat)

Leistungssprektrum der Gruppe Ressourceneffizienz

• Materialentwicklung von Biopolymeren (biobasiert und/oder biologisch abbaubar) mit dem Fokus der Einstellung von spezifischen Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften
• Recycling von Biopolymeren (biobasiert und/oder biologisch abbaubar) und Verbesserung der Rezyklierfähigkeit
• Analytische und numerische Material- und Prozessmodellierung als Grundlage für die digitale Produktentwicklung
• Ressourceneffiziente Herstellung von 3D-Druck-Bauteilen aus nachhaltigen Polymerwerkstoffen mittels additiven Verarbeitungsmethoden
• Umweltbilanzierung von polymeren Werkstoffen und deren Verarbeitungsprozessen nach nach DIN EN ISO 14040 und DIN EN ISO 14044

Leistungsspektrum der Gruppe Polymerbasiertes Materialdesign

• Tandemmischer-Linie als Basis für Technologieentwicklung und Scale-up
• Kautschuk-Extrusion zur Bewertung der Verarbeitbarkeit von neuartigen Kautschukcompounds
• Einbringung von Gummirecyclaten in hochwertige Anwendungen
• Entwicklung von Digitalisierungskonzepten für die Kautschukverarbeitung
• Umfassende Charakterisierung und mechanismenbasierte Optimierung von Kautschukcompounds hinsichtlich Verstärkung und Dissipation
• Multiskalige Charakterisierung der Füllstoffdispersion
• Konzeptionelle Beiträge zur Entwicklung von nachhaltigen Kautschukcompounds (abrieb- & rollwiderstandsarm, hohe Dehnkristallisation etc)
• Mechanismenbasierte Optimierung von Kautschuk-Compositen hinsichtlich Verstärkung und Dissipation
• Validierung der Performance neuartiger Komponenten für Kautschuk-Composite mittels Labormethoden
• Multiskalige Charakterisierung der Füllstoffdispersion
• Konzeption von nachhaltigen Kautschuksystemen (abrieb- & rollwiderstandsarm, hohe Dehnkristallisation)

Im Bereich Polymerverarbeitung verfügt das Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum PAZ über ein umfangreiches Know-how sowohl auf dem Gebiet Polymerverarbeitung als auch bei der Charakterisierung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere und Faserverbundwerkstoffe. Die Kernkompetenzen liegen in der Material-, Verfahrens- und Bauteilentwicklung für langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT), endlosfaserverstärkte Thermoplastverbunde (TPC), hochgefüllte Kunststoffe und Blends unter besonderer Berücksichtigung der Einflüsse der Verarbeitung auf die resultierenden Werkstoff- und Bauteileigenschaften. Einen Schwerpunkt bildet hierbei die systematische Bewertung des Einflusses der Materialsysteme und Herstellungsbedingungen auf die mechanischen Eigenschaften  von unidirektional-faserverstärkten Halbzeugen und multidirektional-faserverstärkten Laminaten. So können über die experimentelle Charakterisierung und numerische Beschreibung des Werkstoffverhaltens Aussagen über das Einsatzverhalten und die Zuverlässigkeit der hergestellten Kunststoff-Bauteile getroffen werden.

• zur Ausstattung der Polymerverarbeitung
  

Schwerpunkt der Forschungsthemen ist die mikro- und mesostrukturbasierte Technologieentwicklung für faserverstärkte, thermoplastbasierte Leichtbaustrukturen.

Die Gruppe Thermoplastbasierte Faserverbund-Halbzeuge forscht und entwickelt an Materialsystemen und Herstellungsprozessen thermoplastischer Prepregs. Materialseitig werden hierbei verschiedenste thermoplastische Polymere, von Polyolefinen über technische Thermoplasten bis hin zu Biopolymeren, verarbeitet. Verstärkungsstoffe wie anorganische und organische Fasern sowie Naturfasern in Kurz-, Lang- oder Endlosform sowie eine breite Palette weiterer Additive werden sehr intensiv behandelt.

Besonderes Augenmerk liegt auf der anwendungsbezogenen Entwicklung und Optimierung unidirektional-faserverstärkter Halbzeuge (UD-Tapes), die zu Mehrschichtlaminaten oder Sandwichhalbzeugen weiterverarbeitet werden. Die Anlagen zur Herstellung von UD-Tapes sind in den Tape-Breiten 50mm und 500mm verfügbar. Der modulare Aufbau ermöglicht eine Verarbeitung diverser Thermoplast- und Fasermaterialien. Weitere Prozessoptimierungsschritte wie eine integrierte Plasmavorbehandlung der Fasern zur Oberflächenmodifikation sind möglich. Spezialisiertes und langjährig erfahrenes Personal an den Verarbeitungsanlagen  steht für gemeinsame Entwicklungsarbeiten mit den Kunden bereit.

Der Schwerpunkt der Gruppe Thermoplastbasierte Faserverbund-Bauteile liegt in der Bauteil- und Technologieentwicklung für thermoplastbasierte Leichtbaustrukturen ausgehend von Faserverbund-Halbzeugen bis hin zur prototypischen Fertigung. Dies beinhaltet zunächst  die lastpfadgerechte Strukturauslegung mittels endlosfaserverstärkter Thermoplastverbunde. Für die anschließende Bauteilherstellung werden effiziente Fertigungskonzepte mit entsprechender Maschinentechnik und serientauglichen Hybrid-Technologien entwickelt sowie angewendet. Der komplette Entwicklungsprozess wird dabei virtuell durch Prozess- und Struktursimulationen unterstützt. Die betrachteten Materialien sind vor allem unverstärkte und gefüllte Thermoplaste beziehungsweise Blends, kurz-, lang- und endlosverstärkte Thermoplaste (TPC) sowie thermoplastische Hybridverbunde und Metall-TPC-Hybridverbunde.

• Technologieentwicklung und Scale-Up im Bereich Tapeherstellung und Compoundierung anwendungsspezifischer Compositematerialien
• Optimierung von Compoundierprozessen, zum Beispiel bezüglich Schneckenprofilen und Faser-Zugabe-Stellen
• Weiterentwicklung der Hybrid-Spritzgusstechnik sowie Untersuchung und Optimierung des Warmumformverhaltens von endlosfaserverstärkten Thermoplasten
• Faserverbundgerechtes Bauteildesign, Gestaltung der Lasteinleitung, Fügeverbindung und Funktionsintegration speziell bei Hybrid-Verbund-Strukturen
• Untersuchungen zum Einfluss von Angusssystemen und Spritzgussparametern auf erreichbare Faserlängen