Rapid CFRP Moulding-Technologie 10-mal schneller als herkömmliche Aufbauten

Stephen Moore | 06. März 2023

Das japanische Unternehmen Toray Industries hat eine schnelle integrierte Formtechnologie für Mobilitätskomponenten aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) entwickelt. Diese Technologie verbindet einen leichten, porösen kohlenstofffaserverstärkten Schaumstoffkern (CFRF) mit einer duroplastischen Prepreg-Haut, die hervorragende mechanische Eigenschaften bietet.

Diese neue Technologie ermöglicht es, CFK-Mobilitätskomponenten wie Autodächer zehnmal schneller zu formen als mit einer herkömmlichen Autoklavformanlage. Darüber hinaus beträgt die Masse der Komponenten weniger als die Hälfte derjenigen aus Stahl. Toray beabsichtigt, die Forschung und Entwicklung voranzutreiben, um die Anwendung dieser Technologie auf Teile von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen, bei denen Leichtigkeit und schnelle Produktion von entscheidender Bedeutung sind.

CFK-Komponenten bestehen typischerweise aus Urethanschaumkernen und duroplastischen Prepreg-Häuten. Häufige Anwendungen für diese leichten und starren Strukturen sind große Paneele für Flugzeuge, Autos, Schiffe und Infrastruktur. Einige drängen auf kürzere Herstellungszeiten, um den Kern nach der Formung optimal mit der Haut zu verbinden. Darüber hinaus ist es durch die Elektrifizierung von Fahrzeugen immer wichtiger geworden, das Gewicht der Komponenten zu reduzieren, um die Reichweite von Modellen mit schweren Batterien zu erhöhen. Auch neue Transportmodalitäten wie urbane Luftmobilität und Drohnen werden massiv von Leichtbaumaterialien profitieren.

Die neue schnelle integrierte Formtechnologie von Toray ermöglicht die Herstellung großer Platten in einem einzigen Pressvorgang. Dies liegt daran, dass dieser Ansatz gleichzeitig den CFRF-Kern und die duroplastische Prepreg-Haut in derselben Form formt, duroplastisch aushärtet und formt und verbindet.

Die Synchronisierung der CFRF-Expansion mit dem Aushärtungszeitpunkt des Prepregs erfolgt deutlich schneller als bei herkömmlichen Verfahren. Das duroplastische Prepreg-Harz dringt in das poröse CFRF ein, um die Haut- und Kernmaterialien ohne Verwendung von Klebstoffen zu verbinden und so eine äußerst zuverlässige Verbindungsstruktur zu schaffen. Die Technologie von Toray ebnet den Weg für die schnelle Produktion großer CFK-Bauteile.

CFRF ist ein proprietäres poröses Material. Sein Bindemittelharz wird beim Erhitzen flexibel und dehnt sich gleichzeitig mit der Rückstellkraft der Kohlenstofffasern aus. Das resultierende dreidimensionale Netzwerk aus kurzen Kohlenstofffasern verbindet das Bindemittelharz und die Kohlenstofffasern fest.

CFRF bietet im Vergleich zu herkömmlichen Kernmaterialien eine deutlich bessere Festigkeit, einen deutlich besseren Elastizitätsmodul und eine deutlich bessere Schlagfestigkeit. Sein niedriger spezifischer Schwerkraftbereich von 0,2–0,4 verbessert die Leistung und erleichtert Sandwichstrukturen.

Toray demonstrierte sein Konzept, indem es mit einer Pressmaschine in nur fünf Minuten ein großes Autodachpaneel (1,2 m lang x 1,2 m breit x 2,3 mm dick) herstellte, was zehnmal schneller ist als der herkömmliche Ansatz. Das Unternehmen bewertete Steifigkeit, Beschichtbarkeit, Schalldämmeigenschaften und andere praktische Aspekte, die für die Automobilproduktion erforderlich sind. In wichtigen Fallgewichts-Aufpralltests bestätigte Toray, dass die Haut-Kern-Grenzfläche nicht abblätterte und dass die Aufprallabsorption ausgezeichnet ist.

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