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BASF Leichtbau mit Kunststoff

| Redakteur: Bernd Otterbach

Für den Leichtbau im Automobil hat die BASF Mitte 2011 ein Composite-Leichtbau-Team gegründet. Im Fokus stehen Epoxy-, Polyurethan- und Polyamidsysteme für neue Faserverbund-Technologien.

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Die Gruppe kümmere sich um die Entwicklung von marktfähigen Materialien und Technologien zur Fertigung von Hochleistungsfaserverbund-Bauteilen für den Automobilbau, teilte der Chemiekonzern am Freitag mit. In enger Zusammenarbeit mit den Kunden will das Unternehmen drei verschiedene Kunststoffmatrix-Systeme weiterentwickeln. „Wir können hier auf das BASF-Know-how in der Epoxidharz-, der Polyurethan- und der Polyamid-Chemie zugreifen, wollen im Team die Synergien nutzen und werden in den nächsten Jahren einen zweistelligen Millionenbetrag in die Entwicklung investieren“, erläutert Willy Hoven-Nievelstein, Leiter der Geschäftseinheit Engineering Plastics Europe bei der BASF.

Kürzere Zykluszeiten

Die Verarbeitungstechnologie hinter den neuen Werkstoffen ist das „Resin Transfer Molding“ (RTM) genannte Verfahren, mit dessen Hilfe große und komplexe Verbund-Bauteile in einem Press-Form-Prozess entstehen. Dabei werden mehrlagige Faserstrukturen in ein beheiztes Werkzeug eingelegt, das sich in einer Presse befindet. Danach wird ein flüssiges Kunstharz in die Form gespritzt, das die Fasern vollständig benetzt und dann kontrolliert aushärtet. Im neu gegründeten RTM-Labor in Ludwigshafen sowie bei der Polyurethan-Forschung in Lemförde arbeiten die BASF-Experten an den neuen Matrix-Systeme.

Gutes Fließvermögen und vor allem kurze Aushärtezeit der Kunststoffkomponenten sind neben der mechanischen Leistungsfähigkeit des fertigen Faserverbundbauteils die zentralen Herausforderungen bei allen drei Materialgattungen. Unter den Marken Baxxodur und Elastolit R bietet die BASF bereits Lösungen auf Basis von Epoxidharz bzw. Polyurethan-Systemen an.

Neuartige Härtungsmechanismen

Beide Materialien verfügen über neuartige Härtungsmechanismen: Sie tränken die Faser-Textilstrukturen durch ihre niedrige Anfangsviskosität sehr gut, härten dann aber innerhalb weniger Minuten aus. Damit besitzen sie Eigeschaften, die für Einsatz von Hochleistungsverbundwerkstoffen in der Fahrzeugserienfertigung vonnöten sind. Sie sind selbsttrennend und können auf gängigen Hoch- und Niederdruckanlagen verarbeitet werden. Die neuen Polyamid-Systeme, die sich zurzeit in der Entwicklung befinden, lassen sich zudem thermoplastisch recyclen und leicht schweißen. Je nach Anforderungsprofil des Kunden soll das eine oder andere der Systemeingesetzt werden. Besonderen Aufwand steckt die BASF nach eigenen Angaben in das beschleunigte Aushärten der drei Kunststoff-Matrixsysteme und damit in die Verkürzung der Zykluszeiten.

Endlosfasern für Strukturbauteile: Carbon- und Glasfasern

Strukturbauteile für Chassis oder Karosserie lassen sich nur aus Verbundwerkstoffen auf Basis endloser Carbon- oder Glasfasern herstellen und sie erfordern Fasergehalte von etwa 65 Prozent des Gewichts. Endlosfasern sind heute schon im Flugzeugbau, in der Windenergiegewinnung, im Anlagenbau, im Prototypenbau und in automobilen Kleinserienanwendungen im Einsatz. Carbonfasern bieten als Verstärkungsmaterial sehr hohe Steifigkeit. Um sich hier frühzeitig mit Anwendern und Endnutzern austauschen zu können, ist die BASF seit kurzem Mitglied im Carbon Composites e.V. (CCeV), ein 2007 gegründetes Kompetenznetzwerk für Carbonfasern und Faserverbundtechnologie mit inzwischen mehr als 120 Mitgliedern. In punkto Preis und Verfügbarkeit bieten nach Ansicht des Chemiekonzerns vor allem Glasfasern eine hohes Potenzial. Ihre mechanische Leistungsstärke sei bei weitem noch nicht ausgereizt, so BASF weiter.

Prozesssichere Multimaterialsysteme

Die Gesamtsysteme aus Kunststoff-Matrix und Faserverstärkung müssen darüber hinaus prozesssicher sein und sollten sich zügig in die Großserie übertragen lassen. Sie werden laut BASF zu einer Gewichtsreduktion gegenüber konventionellen Metallteilen von etwa 50 Prozent führen. Etablierte Technologien, die Metalleinleger oder endlosfaserverstärkte Einleger auf Basis von Organoblechen oder UD-Tapes (unidirektionale Fasergelege) im Kunststoff einbetten, sollen den neuen Ansatz ergänzen.

Endlosfaserverstärkte Deckschichten lassen sich darüber hinaus mit leichten Schaumkernen zu hochwertigen Sandwichstrukturen kombinieren, die eine gute spezifische Bauteilsteifigkeit und gute Isoliereigenschaften bei niedrigem Gewicht aufweisen. Die hierfür entwickelten PUR-Schaumsysteme zeichneten sich durch hohe Druckfestigkeit und Temperaturbeständigkeit bei niedriger Dichte aus, teilte der Konzern weiter mit. „Ohne solche Multimaterial-Systeme wird der nächste große Sprung im automobilen Leichtbau nicht möglich sein“, so Volker Warzelhan, Leiter der Forschung Thermoplastische Kunststoffe der BASF. Parallel dazu baut das Unternehmen sein Computersimulationswerkzeug aus, um auch das Verhalten komplexer Endlosfaserverbundstrukturen vorhersagen zu können.

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