Thermoplastische Ummantelung pultrudierter Profile durch inline-Extrusion

Ressourcenschonende Leichtbaulösungen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) sind eine Möglichkeit, um der Verknappung von Ressourcen und den zunehmend negativen Auswirkungen der menschlichen Aktivitäten auf die Natur zu begegnen. Hierfür werden allerdings wirtschaftliche, großserientaugliche, reproduzierbare Fertigungsprozesse für FVK benötigt.
Die Pultrusion als kontinuierliches, weitgehend automatisiertes Fertigungsverfahren für profilförmige FVK-Bauteile hat unter diesen Gesichtspunkten hohes Potenzial. Gleichzeitig bestehen bei der Pultrusion Defizite hinsichtlich des Prozessverständnisses, welches insbesondere notwendig ist, um hochreaktive, hochproduktive Polyurethan- (PUR) Matrices einzusetzen. Ferner ist eine Erhöhung der Funktionalität der Profile hinsichtlich einer werkstoffgerechten Krafteinleitung, Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit wünschenswert.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Defizite durch die inline-Applikation einer thermoplastischen Deckschicht zu kompensieren. Einerseits ist dadurch die Entkopplung des aushärtenden duroplastischen Harzsystems vom Pultrusionswerkzeug in verschiedenen Stadien der Aushärtung möglich, so dass eine differenzierte Betrachtung der entstehenden Abzugskraft als zentraler Prozessindikator möglich ist. Andererseits ist die Fertigung eines Hybrid-Profils mit thermoplastischer Deckschicht möglich, welche eine werkstoffgerechte, flächige Krafteinleitung durch Schweißen ermöglicht und die Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit verbessert.
Für den Prozess werden zunächst geeignete Materialien ausgewählt, auf ihre Prozessfähigkeit geprüft und die prozessrelevanten Basisdaten ermittelt. Es werden Glasfasern, ein in der Pultrusion etabliertes PUR-Harzsystem sowie als Thermoplaste ein extrusionsüblicher PE-Typ sowie ein PA-Typ verwendet. Darauf aufbauend wird der Hybrid-Prozess realisiert, indem das PUR-Harzsystem in einem verkürzten Pultrusionswerkzeug einem Ummantelungswerkzeug zugeführt wird, wo es mit einer thermoplastischen Deckschicht ummantelt wird. Die Einstellung der zentralen Prozessparameter „Pultrusionstemperatur“ und „Abzugsgeschwindigkeit“ ermöglicht die Einstellung des Harzzustands zum Fügezeitpunkt. Die Prozessstabilität sowie die Fügequalität werden unter Variation der zentralen Prozessparameter untersucht und diskutiert. Hierüber werden Erkenntnisse über die Aushärtungscharakteristik, die Entstehung der Abzugskraft und das ideale Prozessfenster generiert. Abschließend wird demonstriert, dass die erzeugten Hybridprofile gegenüber üblichen Pultrudaten eine verbesserte Schlagzähigkeit, Oberflächenqualität und Medienbeständigkeit aufweisen.