Leichtbaupotenziale durch faserverstärkte Schäume

In diesem Beitrag wird das Leichtbaupotenzial von Spritzgussteilen aus langfaserverstärkten und lokal endlosfaserverstärkten Schäumen untersucht. Nach dem LFT-D-Schäumverfahren und mit atmenden Werkzeugen wurden Schäume aus langglasfaserverstärktem Polypropylen mit gleichbleibendem Flächengewicht aber unterschiedlichen Dichtereduktionen hergestellt. Da das Flächenträgheitsmoment mit der Wandstärke in dritter Potenz ansteigt, führten in dieser Untersuchung bereits kleine Verminderungen der Dichte, verglichen mit einem nicht geschäumten Vergleichsmuster, zu einem Anstieg der Biegesteifigkeit um mehrere hundert Prozent. Die durch den Direktprozess (injection moulding compounding, Spritzgießmischverfahren) erzielten Faserlängenvorteile bedeuteten auch, dass selbst bei einer deutlichen Dichteminderung die Duktilität nicht durch das Schäumen reduziert wurde. Um noch bessere mechanische Eigenschaften zu erzielen, kann der Schaumspritzguss mit einer gezielten lokalen Verstärkung durch Endlosfasern kombiniert werden. Um das vorhandene Potenzial aufzuzeigen, wurden in einer Spritzgussform Sandwichteile aus Integralschaum mit lokal endlosfaserverstärkten Deckschichten in situ hergestellt und untersucht. Vollständig konsolidierte Rohstreifen und eigenverstärkte PP-Gewebe wurden an beiden Seiten der Kavität fixiert und erhitzt und anschließend eine gasbeladene Schmelze dazwischen eingespritzt. Ein kurzer Prägehub führte zu ausreichender Haftung zwischen den Deckschichten und dem Kernmaterial. Die Initiierung des Schäumprozesses erfolgte mittels eines durch Präzisionsöffnung der Spritzgussform ausgelösten Druckabfalls.

This paper analyses the lightweight potential of long fibre-reinforced and local continuous fibre-reinforced foam injection moulded components. Using the LFT-D foam process and breathing mould technology, long glass fibre-reinforced polypropylene foams were manufactured with a constant weight per unit area and varying density reductions. As the area moment of inertia increases with the wall thickness to the third power, in these investigations small density reductions were sufficient to increase the flexural rigidity by several hundred percent compared to a compact reference sample. The fibre length advantage generated by the direct process (injection moulding compounding) also meant that even at higher density reductions the ductility was not reduced by the foaming. In order to achieve even better mechanical properties, foam injection moulding can be combined with local continuous fibre reinforcement. To demonstrate the existing potential, sandwich integral foam components with local continuous fibre-reinforced facing were in-situ produced in an injection mould and characterised. Fully consolidated tape blanks and self-reinforced PP fabrics were positioned on both sides of the cavity and heated. Afterwards a gas-loaded melt was injected between them. A short embossing stroke generated sufficient interfacial adhesion between the facing layers and the core material, and the foaming process was initiated by the pressure drop resulting from the precision opening of the injection compression mould.