KMU-innovativ Entwicklung eines Maschinenkonzepts zur Mikrowellentrocknung in Nassbeschichtungsprozessen der Textilverarbeitung (MicroCoat)

Problemstellung
Textile Faserverbundwerkstoffe haben als schalen- oder gehäuseförmige Bauteile aufgrund ihrer Leichtbauweise ein weites Einsatzpotenzial, beispielsweise im Fahrzeugbau. Bislang verhindert die zeit- und kostenintensive Herstellung des textilen Halbzeugs in Beschichtungsanlagen zur lösungsmittelbasierten thermoplastischen Imprägnierung der Verstärkungsfasern mit Matrixwerkstoff weitere Anwendungen. Den Hauptteil der variablen Kosten des Fertigungsprozesses bilden der Energieeinsatz und Hilfsmittel, wobei der Großteil mit circa 30 Prozent auf die Trocknungsstrecke entfällt. Die Produktionsgeschwindigkeit einer solchen Anlage wird daher maßgeblich durch die erforderliche Verweilzeit des imprägnierten Halbzeugs bei der üblichen Verdampfung des Lösungsmittels im Konvektionsofen bestimmt.

Zielsetzung
Im KMU-innovativ Projekt MicroCoat wird eine neuartige Prozesskette zur Herstellung von thermoplastisch imprägnierten Halbzeugen entwickelt. Die Innovation besteht dabei in der Anwendung der Mikrowellentechnik zur Verteilung des Matrixwerkstoffs im Fasergewebe zur schnelleren und gleichmäßigeren Trocknung bei einer gleichzeitigen Flächenpressung auf das Halbzeug. Hierdurch kann das Faserverbund-Halbzeug während des Trocknungsprozesses gleichzeitig konsolidiert (verfestigt) werden.

Vorgehensweise
Für die mikrowellenunterstützte Imprägnierung und Trocknung der Verstärkungsfasern müssen Prozessparameter ermittelt werden, die die vollständige und porenfreie Benetzung mit Matrixwerkstoff sicherstellen. Zudem muss ein neuartiges Absaugsystem zur vollständigen Austreibung des Lösemittels erarbeitet werden. Damit soll das Lösemittel nicht in die Umwelt entweichen, sondern im Absaugprozess durch Kondensation verflüssigt und so zurückgewonnen werden. Für beide Prozessschritte müssen prototypisch modulare Maschinenkomponenten entwickelt und erprobt werden. Diese ermöglichen im Anschluss die Nachrüstung bestehender Fertigungsanlagen.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Durch MicroCoat wird es zukünftig möglich sein, eine Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit um 20 Prozent bei gleichzeitiger Reduktion der Produktionskosten um 10 Prozent bezogen auf das Gesamtprodukt zu erzielen. Darüber hinaus kann mit einer Reduzierung des Energieeinsatzes und des Hilfsmittelbedarfs um 30 Prozent gerechnet werden. Da dem Markt für faserverstärkte Bauteile zweistellige Wachstumsprognosen vorausgehen, besteht für die angestrebten Lösungen ein hohes Anwendungs- und Nachnutzungspotenzial in allen Branchen des Fahrzeugbaus und der Freizeitindustrie. Darüber hinaus scheint der anschließende Transfer auch auf die Trocknung weiterer Nassbeschichtungen in der Textilindustrie, beispielsweise bei Nässeschutzimprägnierungen, möglich.

• Fricke und Mallah Microwave Technology GmbH
• RWTH Aachen