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Projekt
Dreidimensionale Multi-Skalen-Modellierung der thermoplastischen PA6 In-Situ-Pultrusion
Fachliche Zuordnung
Kunststofftechnik
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445360388
Die Pultrusion ist ein kontinuierliches Verfahren der Kunststoffverarbeitung zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Halbzeugen. Heute werden hauptsächlich Duromere als Matrixwerkstoff verwendet, weil sie als reaktive monomere Ausgangswerkstoffe im Vergleich zu Thermoplastschmelzen eine weit geringere Viskosität aufweisen und somit eine gute Faserdurchtränkung erlauben. Allerdings bietet eine thermoplastische Matrix diverse Vorteile gegenüber einer duromeren Matrix. Daher gibt es Ansätze, welche die Verwendung von thermoplastischen Matrixsystemen ermöglichen sollen und dabei ebenfalls die niederviskosen monomeren Edukte nutzen. Das reaktive Matrixsystem reagiert dann im Werkzeug unter Wärmeeintrag zu einem Thermoplasten aus. Mit thermoplastischer Matrix ergeben sich mehrere Vorteile. Das Pultrudat kann geschweißt, umgeformt und umspritzt werden. Außerdem ist eine werkstoffliche Recyclingfähigkeit am Ende des Produktlebenszyklus gegeben. Während der Verarbeitungsprozess von Pultrudaten mit duromeren Matrixsystemen bereits sehr weit entwickelt und verstanden ist, steht die Anwendung der thermoplastischen Pultrusion noch vor Herausforderungen. Dies hängt nicht zuletzt damit zusammen, dass die Infiltration der Fasern durch ein thermoplastisches Matrixsystem sowie die Rolle der Pro-zessparameter bisher nicht ausreichend untersucht worden sind. Aus Sicht der Antragsteller gibt es bisher keinen geeigneten Modellierungsansatz, der eine ganzheitliche Analyse des Pultrusions-prozesses auf mikro-, meso- und makroskopischer Ebene erlaubt. Dies würde das Verständnis über die thermoplastische Pultrusion grundlegend erweitern. Daher ist das Ziel dieses Forschungsprojektes, einen neuartigen und skalenübergreifenden Modellierungsansatz zur Beschreibung der Faserbündelimprägnierung unter genauer Berücksichtigung der Reaktionskinetik der monomeren Ausgangsstoffe und der Prozessparameter zu entwickeln. Schließlich soll der Ansatz mittels Versuchsdurchführung an einer vorhandenen Pultrusionsanlage verifiziert werden. Dieser Ansatz soll es ermöglichen, eine verlässliche Aussage über die Durch-tränkung der Faserbündel und damit der Halbzeugqualität zu treffen und somit vorherzusagen.Das Projekt soll im Rahmen einer Kooperation von zwei Forschungseinrichtungen der Universität Stuttgart, des Instituts für Kunststofftechnik sowie des Instituts für Flugzeugbau, verwirklicht wer-den. Die Kompetenzen beider Forschungseinrichtungen sollen dabei gezielt gebündelt und ausge-schöpft werden. Hierbei wird das Institut für Kunststofftechnik seine Kompetenzen im Bereich des Pultrusionsprozesses sowie der Prozesssimulation und das Institut für Flugzeugbau seine Kompe-tenzen im Bereich der Faserbündelimprägnierung und Permeabilitätsvorhersage mit in das Projekt einbringen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass sich die gewonnenen Erkenntnisse sehr gut auf andere Infiltrationsprozesse übertragen lassen.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
