Thermoplastische Pultrusion

Was ist thermoplastische Pultrusion?

Thermoplastische Pultrusion ist eine Weiterentwicklung des klassischen Pultrusionsverfahrens, bei der thermoplastische Kunststoffe anstelle von duroplastischen Harzen verwendet werden. In beiden Verfahren werden Endlosfasern mit einem Kunststoff imprägniert, sodass jedes Faserelement von Kunststoff umgeben und mit dem danebenliegenden Faserelement zur Kraftübertragung verbunden ist.

Bei der duroplastischen Pultrusion ist dies recht einfach möglich, da Duroplaste im flüssigen Zustand sehr dünnflüssig (ähnlich wie Wasser) sind und die Fasern die Matrix sehr gut aufnehmen. Die Imprägnierung der Fasern durch die zähe Kunststoffmasse ist schwierig. Daher wurde der Prozess der thermoplastischen Schmelzepultrusion entwickelt.

Was ist ein endlosfaserverstärktes thermoplastisches Profil?

Endlosfaserverstärkte thermoplastische Profile werden in einem kontinuierlichen thermoplastischen Pultrusionsverfahren hergestellt. Dabei dient die endlose Faser (oft Glasfaser) als Verstärkungsmaterial. Sie verläuft unidirektional und wird mit Kunststoffmatrix imprägniert. Die Kunststoffmatrix umschließt jedes Faserfilament und verbindet die einzelnen Faserstränge. So werden die Kräfte im gesamten Profilquerschnitt verteilt und eine hohe Festigkeit entsteht.

Pultrudierte Profile bieten ein breites Anwendungsspektrum:

Sie können mit anderen Komponenten verschweißt oder umspritzt werden oder als verstärkender Einleger dienen. Durch den thermoplastischen Werkstoff kann das Pultrudat leicht in ein Gesamtsystem gleichen Materials (z.B. Baugruppe) integriert werden. Es entstehen dadurch neue Designmöglichkeiten für die Kombination von Festigkeit und Nachhaltigkeit mit den Werkstoffen PA 6, PA 66 oder PP. Durch die gute Materialverträglichkeit wird auch das Recycling vereinfacht.

Automobilindustrie:
Leichte Verstärkung und effektiver Schutz vor Kollisionen in HV-Batterien

Konstruktion:
Hochfeste Profile für Druckplatten in Fassaden

Einfache Integration:
Schweißen, Einlegen in die Formgebung, Überformen, Thermoformen

Wie sieht der Prozess der thermoplastischen Pultrusion aus?

Materialauswahl:
Der Prozess beginnt mit der Rohstoffauswahl. Neben der Verstärkungsfaser, die die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts bestimmen, wird ebenfalls die thermoplastische Kunststoffmatrix für weitere Produkteigenschaften und im Hinblick auf die Kompatibilität zum späteren Gesamtsystem ausgewählt.
Zuführung der Endlosfaser:
Die Endlosfaser befindet sich als Roving auf Spulen. Die Abwicklung der Fasern erfolgt vom Spulengatter in der gewünschten Geschwindigkeit und Spannung. Im Tensioner werden die Fasern vorgewärmt und mit leichter Spannung in die gewünschte Form gebracht.
Imprägnierung und Formgebung:
Im Extruder wird der thermoplastische Kunststoff aufgeschmolzen und zum beheizten Pultrusions-Werkzeug gefördert. Die Verstärkungsfasern durchlaufen das Werkzeug und werden dabei in die Kunststoffmatrix eingearbeitet. Im Werkzeug erfolgt ebenso die Formgebung. Das Profil wird anschließend so lange im Abkühlprozess gehalten, bis es vollständig erstarrt ist.
Abzug und Zuschnitt:
Das fertige pultrudierte Profil wird durch einen Raupenabzug zur Ablängeinheit geführt, wo es auf die gewünschte Länge zugeschnitten wird und auf den Abwurftisch fällt.

Vorteile der thermoplastischen Pultrusion

Recyclingfähigkeit:

Thermoplastische Materialien werden eingeschmolzen und wiederverwertet, was sie umweltfreundlicher macht.

Hervorragende Zähigkeit:

Profile mit Endlosfasern sind extrem schlag- und biegefest.

Wärme- und Chemikalienbeständigkeit:

Werkstoffe wie PA oder PP können für das thermoplastische Pultrusionsprofil gewählt werden.

Umformbarkeit:

Durch sehr gute Formbarkeit der thermoplastischen Pultrudate, entsteht eine hohe Designflexibilität, Zeit- und Kostenersparnis.

Was ist der Unterschied zwischen thermoplastischer Pultrusion und duroplastischer Pultrusion?

Der Hauptunterschied liegt im Matrixmaterial:

Duroplastische Pultrusion:
Hier wird ein chemisch aushärtendes Harz wie Epoxid oder Polyester verwendet. Die Glasfasern werden durch das flüssige Harz gezogen (imprägniert). In einem speziellen Werkzeug härtet das Harz unter einer bestimmten Temperaturführung aus. Diese Materialien sind nach dem Aushärten nicht mehr formbar oder aufschmelzbar.

Thermoplastische Pultrusion:
Hier werden thermoplastische Kunststoffe verwendet, die in einem Extruder aufgeschmolzen werden und anschließend die Endlosfasern in einem Werkzeug imprägnieren. Beim Abkühlen der Schmelze nach der Durchtränkung der Fasern erstarrt das Profil. Da Thermoplaste wieder aufschmelzbar sind, können sie problemlos recycelt und wiederverwendet werden.

Sindy Richter, Team Development