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

Problemstellung

  • Trennmitteleinsatz verursacht ökonomische und ökologische Nachteile bei der Herstellung von PUR-Formteilen §Trennmittelfreie Entformung mittels Werkzeug-Trennschicht für PUR-Modellrezeptur nachgewiesen

Zielsetzung

  • Entwicklung einer Technologie zur trennmittelfreien PUR-Fertigung mit kommerziell verfügbaren PUR-Systemen

Lösungsweg

  • Entwicklung eines modularen Formwerkzeugs zur Untersuchung des prozessnahen Entformungsverhaltens von PUR-Bauteilen mit Einsätzen für unterschiedliche Oberflächenstrukturierungen

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. 

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.

Problemstellung

  • Isolationskomponenten aus PUR für technische Gebäudeanlagen werden meist als speziell angepasste Lösungen in kleinen Serien gefertigt §Die Kleinserienproduktion ist aufgrund hoher Werkzeugkosten und langer Rüstzeiten kostenaufwendig.

Zielsetzung

  • Entwicklung einer adaptiven Werkzeugtechnologie für die Kleinserienfertigung von PUR-Isolationskomponenten

Lösungsweg

  • Aufbau eines Versuchsstandes zur Analyse der Eignung verschiedener Thermoplastfolien
  • Eignung additiv gefertigter Stützstrukturen zur höheren Formbeständigkeit der Thermoplastfolie.

Daniel Schneider, M.Sc.

Abteilungsleiter Faserverstärkte Kunststoffe und Polyurethane +49 241 80 23884 daniel.schneider@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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