In enger Zusammenarbeit mit den Automobilherstellern und -zulieferern will der Ludwigshafener Chemiekonzern drei verschiedene Kunststoffmatrix-Systeme parallel maßgeschneidert weiterentwickeln. „Wir können hier auf das BASF-Know-how in der Epoxidharz-, der Polyurethan- und der Polyamid-Chemie zugreifen, wollen im Team die Synergien nutzen und werden in den nächsten Jahren einen zweistelligen Millionenbetrag in die Entwicklung investieren“, erläutert Willy Hoven-Nievelstein, Leiter der Geschäftseinheit Engineering Plastics Europe.
Die Verarbeitungstechnologie hinter den neuen Werkstoffen ist das Resin Transfer Molding (RTM), in dem große und komplexe Verbundbauteile in einem Press-Form-Prozess entstehen. Im neu gegründeten RTM-Labor in Ludwigshafen sowie bei der Polyurethan-Forschung in Lemförde arbeiten Experten an den chemischen und technischen Herausforderungen der neuen Matrixsysteme. Automobilteile aus diesen Werkstoffen sind trotz ihres geringen Gewichts hoch belastbar. Gutes Fließvermögen und vor allem kurze Aushärtezeit der Kunststoffkomponenten sind neben der mechanischen Leistungsfähigkeit des fertigen Faserverbundbauteils die zentralen Herausforderungen bei allen drei Materialgattungen. Unter den Marken Baxxodur und Elastolit R bietet die BASF bereits Lösungen auf Basis von Epoxidharz bzw. Polyurethan-Systemen an. Beide Materialien verfügen über neuartige Härtungsmechanismen: Sie tränken die Faser-Textilstrukturen durch ihre niedrige Anfangsviskosität sehr gut, härten dann aber innerhalb weniger Minuten aus. Sie sind selbsttrennend und können auf gängigen Hoch- und Niederdruckanlagen verarbeitet werden. Die neuen Polyamid-Systeme, die sich zurzeit in der Entwicklung befinden, lassen sich zudem thermoplastisch recyceln und leicht schweißen.
Strukturbauteile für Chassis oder Karosserie sind nur aus Verbundwerkstoffen auf Basis endloser Carbon- oder Glasfasern herstellbar und erfordern Fasergehalte von etwa 65 Gewichtsprozent. Carbonfasern bieten als Verstärkungsmaterial sehr hohe Steifigkeit und sind daher von besonderem Interesse. Um sich hier frühzeitig mit Anwendern und Endnutzern austauschen zu können, ist die BASF seit Kurzem Mitglied im Carbon Composites e.V. (CCeV), ein 2007 gegründetes Kompetenznetzwerk für Carbonfasern und Faserverbundtechnologie mit inzwischen mehr als 120 Mitgliedern. Wichtig für eine schnelle Markteinführung der Matrixsysteme sind jedoch neben der Leistungsfähigkeit eines Verstärkungsmaterials auch Preis und Verfügbarkeit. Hier zeigen Glasfasern ein hohes Potenzial. Ihre mechanische Leistungsstärke ist bei Weitem noch nicht ausgereizt.
Die Gesamtsysteme aus Kunststoffmatrix und Faserverstärkung sollen zu einer Gewichtsreduktion gegenüber konventionellen Metallteilen von etwa 50 Prozent führen. Etablierte Technologien, die Metalleinleger oder endlosfaserverstärkte Einleger auf Basis von Organoblechen oder UD-Tapes (unidirektionale Fasergelege) im Kunststoff einbetten, ergänzen den neuen Ansatz. Endlosfaserverstärkte Deckschichten lassen sich darüber hinaus mit leichten Schaumkernen zu hochwertigen Sandwichstrukturen kombinieren, die eine hohe spezifische Bauteilsteifigkeit und gute Isoliereigenschaften bei niedrigem Gewicht aufweisen. Die hierfür entwickelten PUR-Schaumsysteme bieten hohe Druckfestigkeit und Temperaturbeständigkeit bei niedriger Dichte. Um das Verhalten komplexer Endlosfaser-Verbundstrukturen vorhersagen zu können, erweitert die BASF derzeit ihr Computersimulationswerkzeug Ultrasim.
