Innovation für Herstellung und Lagerung von PrePregs

PrePregs – kurz für preimpregnated fibers – sind Faser-Matrix-Halbzeuge, die in der Composite-Herstellung häufig eingesetzt werden. Sie bestehen aus Fasern und einer noch nicht vernetzten Mischung aus Kunstharz und Härter, die meist unter Druck und hohen Temperaturen zu einem fertigen Bauteil ausgehärtet werden. Sowohl ihre Herstellung als auch ihre Lagerung stellen die Produzenten vor Herausforderungen. In einem neuen Projekt am Lehrstuhl für Verarbeitung von Verbundwerkstoffen untersucht man nun eine Methode des In-Line Monitorings, die beide Bereiche effizienter und nachhaltiger machen soll.

PrePregs bestehen aus unterschiedlichsten Verstärkungsfasern, wie z.B. Carbon oder Glas, und Kunstharzen. Sie werden in vielen Bereichen im Leichtbau eingesetzt, so zum Beispiel in der Luftfahrtindustrie, dem Motor- oder Wassersport, aber auch in der Orthopädie und Prothetik oder zum Bau von Rotorblättern für Windkraftanlagen. Sie sind maschinell verarbeitbar und erlauben dadurch auch die Herstellung von Bauteilen in höheren Stückzahlen, allerdings bringen sowohl die Herstellung als auch die Lagerung Kosten mit sich. Damit sich diese rechnen, müssen die erzeugten Produkte von gleichbleibender hoher Qualität sein und der Ausschuss muss möglichst geringgehalten werden. Dies erreicht man unter anderem durch kontinuierliches In-Line Monitoring. Im neuen Projekt SAPP – Spektroskopische Analyse von PrePregs – am Lehrstuhl für Verarbeitung von Verbundwerkstoffen soll nun die Schwingungsspektroskopie als Monitoring-Verfahren analysiert werden. Schwingungsspektroskopie kann einerseits wertvolle Daten während des Herstellungsprozess liefern, und andererseits zur Qualitätssicherung bei der Lagerung dienen. 

Gleichbleibend hohe Qualität durch In-line Monitoring

Die klassische Methode zur Herstellung von PrePregs, die mit Lösungsmitteln arbeitet, wird zunehmend vom Hot-Melt-Prozess verdrängt, der ohne Lösungsmittel auskommt. Der Prozess ist dabei allerdings anspruchsvoller in der Steuerung und braucht eine genauere Prozessüberwachung. Hier soll eine Variante der Schwingungsspektroskopie zum Einsatz kommen: NIR (Nahinfrarot)-Mikro-Spektrometer. Diese Geräte sind relativ neu am Markt und zeichnen sich durch ihre kompakte Größe, kleines Gewicht und niedrigen Preis aus. Durch Lichtstrahlen werden damit molekulare Schwingungen erzeugt, die charakteristische Werte zurückliefen. Durch die Abgleichung mit zuvor definierten Daten und Parametern können so statistische Auswertungen erstellt werden, die in weiterer Folge Rückschlüsse auf den Verlauf oder Abweichungen im Prozess zulassen. Getestet werden soll nun ihre Genauigkeit und auch wie gut die Messgeräte mit den Bedingungen des Produktionsprozesses zurecht kommen. So müssen sie beispielsweise unterschiedliche Temperaturen und häufige, auch grobe, Reinigungsarbeiten überstehen und es muss eine möglichst kontaktlose Messung, ohne hohen Wärmeeintrag möglich sein. 

Weniger Abfall, mehr Produkt

Damit die Mischung aus Harz und Härter nicht vorzeitig miteinander reagiert, was die PrePregs unbrauchbar machen würde, müssen sie oft tiefgekühlt bei -18°C gelagert werden – ein hoher Kostenfaktor für Produzenten. Die PrePregs sind so in der Regel 6-24 Monate haltbar, abgelaufene Halbzeuge können nur mehr entsorgt werden, was ökonomisch und ökologisch problematisch ist. 

Neben dem Produktionsprozess von PrePregs, soll daher die Eignung von NIR-Spektrometer auch für die Überwachung der Lagerung der Halbzeuge erforscht werden. Als tragbares Gerät soll damit laufend der Zustand der gelagerten PrePregs begutachtet werden und dadurch eine effizientere Lagerhaltung erreicht werden: weg von einer zeitbasierten und hin zu einer qualitätsbasierten Bewertung. Die zu entsorgenden Mengen könnten so deutlich reduziert werden.


Kontakt und weitere Informationen:

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Schledjewski
lvv(at)unileoben.ac.at 

Gefördert wird das Projekt durch das Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) im Rahmen des Programms Produktion der Zukunft, 36 AS PdZ - Nationale Projekte 2020. Die administrative Betreuung erfolgt durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG)
Laufzeit: 2021 - 2024
Partneri-RED Infrarot Systeme GmbHISOVOLTA AG

Projekt-Website der FFG

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