Das 27. Internationale Kolloquium Kunststofftechnik findet am 19. und 20. März 2014 in Aachen statt. Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen lädt alle zwei Jahre die Kunststoffbranche aus aller Welt ein. 2012 folgten über 600 Fachleute aus fast 300 Unternehmen und 15 Nationen der Einladung. „Nachwuchs, Netzwerk, Innovationen“ ist das Leitmotiv des diesjährigen IKV-Kolloquiums.

Die wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter präsentieren in 18 Sessions mit 36 Fachvorträgen das Spektrum der IKV-Forschung. Ausgewiesene externe Experten aus Industrie und Forschung leiten mit Keynotevorträgen in die Sessions ein. Eine begleitende Fachausstellung mit über 50 Ausstellern bietet Gelegenheit zu Gesprächen und zum Knüpfen neuer Kontakte. Themen der Vorträge sind die Forschungsergebnisse aus den Bereichen Spritzgießen, Extrusion und Kautschuktechnologie, Formteilauslegung und Werkstofftechnik sowie Faserverstärkte Kunststoffe und Polyurethane. Am Nachmittag des ersten Tages steht IKV „360°“ auf dem Programm. Das Institut öffnet seine Pforten für die Teilnehmer. Die Vorträge des zweiten Tages vertiefen die Eindrücke dieser Vorführungen.

Insbesondere in Anwendungen mit LED-Lichtquellen kommen verstärkt Vorsatzlinsen aus thermoplastischen Kunststoffen zum Einsatz. Eine hohe Designfreiheit und das geringe Gewicht gelten als weitere technologische Vorteile.

Dickwandige optische Komponenten spritzgießen

Optische Komponenten weisen oft große Bauteildicken sowie hohe Wanddickenunterschiede auf, um die gewünschte optische Funktion zu erfüllen. Das Institut verfolgt den Ansatz, dickwandige Linsen in einem schichtweisen Aufbau zu produzieren. Dadurch lassen sich Zykluszeiten verkürzen und die Produktion wird deutlich wirtschaftlicher. Beim schichtweisen Aufbau wird ein Vorspritzling hergestellt, der dann umspritzt wird. Dabei lässt sich beobachten, dass die Summe der einzelnen Kühlzeiten geringer ist als bei der einstufigen Herstellung. Der Grund ist, dass die Wanddicke quadratisch in die Kühlzeit eingeht.

Direktextrusion von Polyamid-6-Halbzeugen

PA 6 ist ein technischer Thermoplast mit sehr guten mechanischen Eigenschaften, der vor allem im Automobilsektor eingesetzt wird. PA 6 wird großtechnisch in chemischen Reaktoren durch hydrolytische Polymerisation hergestellt, kann aber auch im Doppelschneckenextruder auf Basis der anionischen Polymerisation synthetisiert werden. In beiden Fällen stellt sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen Monomer und Polymer ein.
Bei der Herstellung von PA 6 verbleibt so ein Restmonomergehalt von 6 bis 15 Gew.-% im Material. Derart hohe Restmonomeranteile haben einen negativen Einfluss auf die Materialeigenschaften.

Der Restmonomeranteil wird daher in einem der Polymerherstellung nachfolgenden Schritt verringert: großtechnisch durch eine Extraktion des Granulats mit heißem Wasser im Gegenstrom.

Bei der Polymerisation im Doppelschneckenextruder dagegen kann die Entfernung des Restmonomers direkt im selben Verfahrensschritt wie die Polymerisationsreaktion durch eine integrierte Vakuumentgasung erfolgen. Es ist dann möglich, fertige PA-Halbzeuge ohne erneutes Aufschmelzen und weitere benötigte Zwischenschritte direkt aus erster Wärme ausgehend vom Monomer herzustellen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, über verschiedene Füllstoffzugaben die Eigenschaften individuell einzustellen.

In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung wird der Einsatz eines neuen Haftvermittlersystems für hybride Spritzgussbauteile erforscht. Das reaktionsfähige Haftvermittlersystem wird dabei schon vor der urformenden Verarbeitung der metallischen Halbzeuge im Coil-Coating-Verfahren auf das Metall-Coil aufgebracht. Durch späteres Anspritzen der mit der Kunststoffformmasse wird ein stoffschlüssiger Verbund zwischen Metall und Kunststoff aufgebaut.

Leichte hybride Spritzgussbauteile für den Automobilbau

In diesem Forschungsprojekt werden die Vorteile der neuen Technologie an einem optimierten Automobil-Frontend demonstriert. Ziel des Projekts ist eine signifikante Gewichtsreduktion. Zur Optimierung des Bauteils ist es erforderlich, das mechanische Verhalten der Haftvermittlerschicht und aller anderen beteiligten Werkstoffe simulieren zu können. Dazu wurde ein hybrider Rohrprobekörper entwickelt, mit dem belastbare Verbundkennwerte ermittelt werden können, die in die Simulation einfließen. Dieser ist so konstruiert, dass er definierte Beanspruchungszustände in der Fügezone aufweist. Mit einer Universalprüfmaschine lassen sich Prüfungen für die Lastfälle Zug und Torsion durchführen und so Versagenskennwerte für genau diese Grundlastfälle ermitteln.

Faserverstärkte Thermoplaste (TP-FVK) rücken zunehmend in den Fokus, wenn es um die wirtschaftliche Fertigung großer Stückzahlen langfaserverstärkter Bauteile geht. Für die Verwendung von TP-FVK sprechen ihre kurzen Verarbeitungszeiten und ihre Recyclingfähigkeit.

Thermoplastische Faserverbundkunststoffe

Das Institut verfügt in seinem Technikum für faserverstärkte Kunststoffe über eine serientaugliche Prototypenanlage, die zusammen mit der Frimo Group, Lotte, entwickelt und aufgebaut wurde. Sie besteht aus zwei getrennten Stationen, einer Heiz- und Konsolidierungsstation, die mit einem Shuttlesystem verbunden sind. Mit dieser Anlagentechnik können neben dem klassischen Stempelumformen auch verschiedene Diaphragma-Umformprozesse sowie die variotherme Direktverarbeitung von TP-FVK abgebildet und erforscht werden. Die neue Anlage erlaubt es, Halbzeuge mit einer Größe von 500 x 750 mm zu verarbeiten und Bauteile mit einer Tiefe von bis zu 300 mm herzustellen.
Ein Herstellungsverfahren ist die Inline-Imprägniertechnik für das Doppel-Diaphragma-Umformverfahren.

Dabei werden aus kostengünstigen Ausgangsmaterialien wie Thermoplastfolien und textilen Verstärkungshalbzeugen mittels Filmstacking maßgeschneiderte Organobleche aufgebaut, in einem Prozess imprägniert und direkt zu Bauteilen umgeformt. Diese innovative Prozesskette erlaubt es erstmals, nahezu beliebige Faser-Matrixkombinationen zu verarbeiten und einen lastgerechten Laminataufbau zu erzeugen.

Die Technologie reduziert gleichzeitig den Verschnitt an teuren, bereits veredelten Halbzeugen wie Organoblechen oder Tapes. Zur Umformung werden kostengünstige, einseitige Werkzeuge eingesetzt, Druckluft bewirkt hier die Umformung. Dies erhöht die Flexibilität des Prozesses deutlich, da unterschiedliche Bauteildicken und Laminataufbauten ohne Modifikation des Werkzeugs hergestellt werden können.

 

Veranstaltung im Detail

Themen der Sessions

  • Thermoplastische FVK – Fertigung von Leichtbauteilen
  • Verarbeitungsverfahren für die Kautschukindustrie
  • Maßgeschneiderte Werkstoffe durch Compoundieren
  • Mehr Effizienz in der Folienextrusion
  • Werkstoffe und Fluide für die Gas- und Wasserinjektionstechnik
  • Simulationswerkzeuge für die Verbindungstechnik
  • Glasklarer Blick durch präzise Kunststoffoptiken
  • Plasmabeschichtung für Kunststoffverarbeitung
  • Fertigungsstrategien für PUR-Bauteile
  • Integrierte Fertigungskonzepte für Elektro- und Elektronikteile
  • Neue Ansätze zur Simulation des Spritzgießprozesses
  • Vorhersage und Detektion von Schäden in FVK-Bauteilen
  • Effizienzsteigerung in der Großserie durch optimierte Werkzeugtechnik
  • Auslegung hoch beanspruchter Kunststoffbauteile
  • Prozessoptimierung und Funktionalisierung in der Umformtechnik
  • Alternative Matrixmaterialien für FVK
  • Berücksichtigung innerer Eigenschaften bei der Bauteilauslegung
  • Neue Anwendungen für Silikonkautschuke

Veranstaltung im Detail

Plenarvorträge und Preisverleihungen

Sechs Plenarvorträge setzen gezielt thematische Kontrapunkte und regen zu weiteren Gesprächen an – der Networking-Gedanke wird auch hier deutlicher als bislang. Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann, Institutsleiter, eröffnet die Veranstaltung mit einer Vorstellung der Highlights der IKV-Forschung. Als besonderer Programmpunkt gilt der Vortrag von Professor em. Georg Menges. Das IKV ehrt seinen ehemaligen Institutsleiter anlässlich seines 90. Geburtstags im Dezember 2013 mit einer besonderen Session zum Themenbereich Industrie 4.0.

Zwei Preisverleihungen runden das Programm ab. Der Georg-Menges-Preis, gestiftet vom VDMA, Plastics Europe und der IKV-Fördervereinigung, wird zum neunten Mal vergeben. Ausgezeichnet wird eine Persönlichkeit der Kunststoffbranche, die sich besonders um die Zusammenarbeit von Wirtschaft und Wissenschaft verdient gemacht hat. Zum vierten Mal wird der Studienpreis FVK vergeben, eine Auszeichnung für eine herausragende studentische oder wissenschaftliche Arbeit, gestiftet vom IKV-Ehemaligen  Dr.-Ing. Peter Ehrentraut.

Autor

Über den Autor

Markus Bau ist Leiter der Öffentlichkeitsarbeit am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen. bau@ikv.rwth-aachen.de