Werkstoff nach Maß für vielfältige Anwendungen

Dank der sehr breiten Einstellbarkeit der Verarbeitungs- und Bauteileigenschaften eignen sich Polyurethane wie keine andere Werkstoffklasse  für eine Vielzahl höchst unterschiedlicher Anwendungsfelder. Ob geschäumt, kompakt oder endlosfaserverstärkt: die Eigenschaften der Bauteile können bei geringen Dichten von elastisch-weich bis hin zu spröde-hart eingestellt werden. Eigenschaften können sogar durch die Kombination von PUR-Werkstoffen miteinander vereint werden. Polyurethane finden Anwendung in der Automobilindustrie (z.B. Innenverkleidungen, Sitzkissen, Sichtbauteile), der Möbelindustrie (Polster und Matratzen), dem Bausektor (Dämmplatten, Profile) der Kühlgeräteindustrie (thermische Isolation) oder auch im Sport- und Bekleidungsbereich (Schuhsohlen).

Wir forschen mit folgenden Schwerpunkten in Bereich Polyurethantechnologie

  • Weich- und Hartschäume aus PUR
  • Kompaktbauteile aus PUR
  • Composite-Bauteile mit PUR-Matrix
  • entsprechende Anlagen-, Werkzeug- und Dosiertechnik

Die Forschungsfragen, denen wir uns stellen sind dabei so vielfältig wie der PUR-Werkstoff selbst und reichen von der Reduktion des Einsatzes von gesundheitsschädlichen Trennmitteln und Isocyanaten über werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen wie der Verbesserung der Isolations- und Flammschutzeigenschaften von Hartschäumen und der Entwicklung von PUR-spezifischen Materialanalyse- und -testverfahren bis hin zu innovativen Verarbeitungsverfahren zur gezielten Kombination unterschiedlicher Werkstoffe und Funktionen in einem Bauteil.

Aktuelle Forschungsthemen im Bereich der Polyurethantechnologie

Der Einsatz von Trennmitteln stellt eine der größten Herausforderungen in ökonomischer und ökologischer Hinsicht für die PUR-Verarbeitung dar. Durch den zyklischen Auftrag der zumeist lösemittelhaltigen Trennmittel wird die Zykluszeit verlängert, eine Werkzeugreinigung aufgrund von Ablagerungen ist notwendig, und die Einhaltung von Arbeitsschutzmaßnahmen muss berücksichtigt werden. In zwei bereits abgeschlossenen Forschungsvorhaben wurde die Funktionsweise der Kombination einer plasmabasierten Werkzeugtrennschicht sowie einer Additivierung des PUR-Systems nachgewiesen. Zur Übertragung der Technologie auf industrielle Prozesse wird in zukünftigen Untersuchungen der Fokus auf die Werkzeugtechnologie, die Standfestigkeit der Trennschichten sowie herkömmlich eingesetzte kompakte und geschäumte PUR-Systeme gelegt.

Zur Erzielung von verbesserten Eigenschaften von PUR-Formschäumen sowie der Reduktion des Isocyanatbedarfs wird am IKV die Entwicklung einer Prozesstechnologie zum Einsatz von CO2 als Treibmittel bei der diskontinuierlichen Produktion von PUR-Formschäumen für unterschiedliche Anwendungsbereiche untersucht. Grundlegendes Prinzip dieser Technologie ist die Zudosierung von hohen Massegehalten CO2 in die Polyol-Zulaufleitung zum Mischkopf. Um ein frühzeitiges Ausfällen des Treibmittels beim Eintritt in die Kavität zu verhindern, wird ein Gasgegendruck in der Kavität erzeugt, der über dem Lösungsdruck des CO2 liegt. Durch eine dem Reaktionsverhalten des PUR-Systems angepasste Reduktion des Gasgegendrucks, wird der Schäumprozess gezielt gesteuert. Ziel des Projektes ist die wirtschaftliche Bewertung der Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Schäumprozessen unter Berücksichtigung der erzielbaren Schaumeigenschaften. 

Ziel dieses Projektes ist die einstufige Fertigung von PUR-Sandwich-Bauteilen. Hierzu werden eine an den Prozess angepasste Werkzeugtechnologie entwickelt und verschiedene Materialkombinationen für Decklagen und Schaumkern untersucht. Zur Auslegung des atmenden Tauchkantenwerkzeugs und zur Abschätzung der Prozesszeiten werden Materialuntersuchungen hinsichtlich der Reaktionskinetik und der rheologischen Eigenschaften durchgeführt. Als Machbarkeitsstudie werden in diesem Projekt auch die Integrierung von Faserhalbzeugen in die Decklagen untersucht.

Im Forschungsprojekt „InPulSE“ kombiniert das IKV seine Kompetenzen aus den Bereichen Extrusion und Faserverstärkte Kunststoffe. In dem integrierten Verfahren wird kontinuierlich ein Hybridprofil gefertigt, das einen hochsteifen, leichten, duroplastischen faserverstärkten Kern mit funktionalen, schweißbaren, optisch und haptisch hochwertigen thermoplastischen Oberflächen verbindet.

Die Herstellung von CFK-Bauteilen mit Sichtoberfläche stellt immer noch eine material- und verfahrenstechnische Herausforderung dar. Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung eines Fertigungsprozesses zur Herstellung komplexer FVK-Bauteile mit definierter Oberflächenanforderung. Hierzu wird eine Kombination aus PUR-Sprühimprägnierung und Nasspressprozess verfolgt. Die hohe Oberflächenqualität wird durch die zusätzliche Aufbringung eines klaren PUR-Systems auf das Bauteil erzeugt. Dieses kann sowohl einstufig (Einbringung des Oberflächensystems bevor das Bauteil vernetzt) oder zweistufig (Einbringung des Oberflächensystems nach Aushärtung des Bauteils) erfolgen.

In diesem Projekt werden die intensiven Erfahrungen aus der PIT-Technologie für thermoplastische Bauteile und elastomere PUR Bauteile auf die Fertigung von Bauteilen mit duroplastischer PUR Matrix mit Faserverstärkung übertragen. Außerdem erfolgt eine Kombination der PIT mit dem S-RIM Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung komplexer, stabförmiger FVK-Versteifungselemente mit duroplastischer PUR-Matrix und geschäumtem PUR-Kern.

Die Herstellung von Sandwichbauteilen mit endlosfaserverstärkten Deckschichten und geschlossenzelligem Hartschaumkern ist für dreidimensionale und komplexe Bauteile bisher nicht wirtschaftlich möglich. Ziel des Projektes ist daher die Weiterentwicklung der Prozesskette bestehend aus PUR-Sprühimprägnierung und Nasspressen zur Fertigung komplexer FVK-Sandwichbauteile in Großserie. Demonstrator des Projektes ist ein IT-Transportkoffer für den industriellen Einsatz.

Dipl.-Wirt.-Ing. Arne Böttcher

Abteilungsleiter Faserverstärkte Kunststoffe und Polyurethane +49 24180-923884 arne.boettcher@ikv.rwth-aachen.de

Bei allen Fragen rund um die Themen Leichtbau und Faserverstärkte Kunststoffe stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung.

Wir entwickeln Lösungen für die Industrie

Für die praktische Durchführung von Forschungsprojekten verfügen wir über ein umfassend ausgestattetes PUR-Technikum mit verschiedenen Hochdruck-und Niederdruck-Dosieranlagen und Formenträger.

Ein PUR-Sprühzentrum, eine Pultrusionsanlage sowie diverse Mischkopfvarianten und eine Vielzahl an Formwerkzeugen und Sensorik stehen für Forschungsprojekte zum Einsatz bereit.

Industriekunden bieten wir

  • Charakterisierung von Werkstoff- und Verarbeitungseigenschaften
  • Praktische Erprobung neuer Materialien und Materialkombinationen
  • Industrieberatung zur Technologie- und Prozessoptimierung
  • Gemeinsame Entwicklung neuer Verfahren und Technologien

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