Mit kohlefaserverstärkten Polypropylentypen unter der Bezeichnung Fibremod Carbon erweitert die Borealis AG, Wien (Österreich), jetzt ihre Werkstoffpalette für Leichtbau in Automobilanwendungen. Die Vorteile kohlefaserverstärkter Kunststoffe liegen im hohen Gewichtsreduktionspotenzial sowie […]
Mit kohlefaserverstärkten Polypropylentypen unter der Bezeichnung Fibremod Carbon erweitert die Borealis AG, Wien (Österreich), jetzt ihre Werkstoffpalette für Leichtbau in Automobilanwendungen. Die Vorteile kohlefaserverstärkter Kunststoffe liegen im hohen Gewichtsreduktionspotenzial sowie in verbesserten Möglichkeiten zur Funktionalisierung und Modularisierung von Bauteilen.
Angetrieben durch das Ziel, den Treibstoffverbrauch sowie die Gesamtbetriebskosten zu senken, nahm die Luftfahrtindustrie durch die Verwendung von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFRP) eine Pionierrolle in der Entwicklung der Leichtbauweise ein. Darüber hinaus fanden CFRP durch den Einsatz in hochwertigen Sportwagen und Motorsportfahrzeugen eine wichtige Nische. Durch die immer lauter werdenden Forderungen nach verbesserter Treibstoffeffizienz halten diese Materialien nun auch Einzug in normalen Pkw.
Hohe Steifigkeit bei geringer Dichte
Spezifische Biegesteifigkeit von Fibremod mit Glasfaser (GF) und Kohlefaser (CF) im Vergleich zu üblicherweise verwendeten leichtgewichtigen Metall- und PA-Lösungen. (Abb.: Borealis)
Die Verwendung von Kohlefasern ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Steifigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Glasfasermaterialien. Fibremod Carbon-Werkstoffe weisen laut Hersteller eine Steifigkeit auf, die es bei Polypropylenen zuvor noch nicht gegeben hat, und erreichen bis zu 20.000 MPa in Verbindung mit einer geringen Dichte. Die spezifische Steifigkeit bietet eine Möglichkeit zum Vergleich von Dichte und Steifigkeit unterschiedlicher Materialien, um so die effektivste Lösung zu ermitteln.
Dies ist die gängige Methode zur Nutzenevaluierung und Optimierung der Leichtbauweise. Im Rahmen dieses Vergleichs übertrifft Fibremod Carbon sogar leichtgewichtige Metalle wie Aluminium oder Magnesium, wodurch ein Gewichtseinsparungspotenzial von mehr als 60 % im Vergleich zu Stahl ermöglicht wird. In der Praxis bedeutet dies, dass Bauteile mit ähnlicher oder sogar höherer Steifigkeit und geringerem Gewicht entwickelt werden können. Für Strukturbauteile kann die Geometrie angepasst werden, um für eine optimale Nutzung der verbesserten Steifigkeit zu sorgen, was weiteres Potenzial für Gewichtseinsparungen schafft.
Vorteile gegenüber anderen Leichtbaumaterialien
Relative Materialkostensteigerung pro kg an Materialeinsparungen beim Vergleich von üblicherweise verwendeten Materialien wie Metallen, PA und Fibremod. (Abb.: Borealis)
Das Fibremod Carbon-Portfolio stellt laut Borealis auch eine kosteneffektive Alternative zu anderen technischen Polymeren, Hochleistungspolymeren oder leichtgewichtigen Metallen dar. Mit den neuen PP-Typen können die gleichen Gewichtseinsparungen erzielt werden wie mit üblicherweise verwendeten Materialien wie Magnesium oder kohlefaserverstärktem Polyamid. Ein zusätzlicher Vorteil in diesem Zusammenhang ist die Vermeidung von Kontaktkorrosion und Feuchtigkeitsaufnahme sowie die Eignung der Werkstoffe für Spritzgießprozesse, wobei nur halb so hohe Kosten wie mit herkömmlichen Materialien anfallen. Auch im Vergleich zu Aluminium ergeben sich Kostenvorteile; ein Vergleich mit PA6-GF30 zeigt einen neutralen Kostenvorteil, allerdings ein um 30 % höheres Gewichtsreduktionspotenzial.
Support bei Entwicklung und Implementierung
Da für kohlefaserverstärkte PP-Werkstoffe ein spezielles Engineering erforderlich ist, hat Borealis computergestützte Methoden zur Prognose der Faserorientierung und -verteilung entwickelt, was eine integrative Simulation der Performance der Endanwendung ermöglicht. Darüber hinaus hat Borealis moderne Testmethoden sowie Standards für faserverstärktes PP entwickelt und arbeitet an der weiteren Verbesserung der Modellierungs- und Simulationsmethoden. Damit bietet der Rohstoffhersteller seinen Kunden umfassenden Support bei der Entwicklung und Implementierung neuer leichtgewichtiger Lösungen auf Basis von Fibremod Carbon, was den Aufwand für Prototypen und physische Tests der Endanwendungen verringert.
Drei Typen stehen derzeit zur Verfügung:
- Fibremod CB201SY: ein 20 % kohlefaserverstärktes technisches PP mit optimiertem Verhältnis von Leistungsstärke und Gewichtseinsparung
- Fibremod CB301SY: ein 30 % kohlefaserverstärktes technisches PP, das Gewichtseinsparungen von bis zu 40 % im Vergleich zu anderen derzeit verwendeten Materialien ermöglicht
- Fibremod CB401SY: ein 40 % kohlefaserverstärktes technisches PP mit sehr hoher Steifigkeit für leichtgewichtige Hochleistungskunstoffanwendungen
Diese neuen Werkstoffe eignen sich insbesondere für Anwendungen wie Kettenspanner, Pumpengehäuse, Scheinwerfergehäuse, Ölwannen, Sitzrahmen, Armlehnen, Schaltkulissen und Schiebedachrahmen. Darüber hinaus wird die Möglichkeit einer Verwendung für Strukturteile und für Anwendungen unter der Motorhaube sowie für Motorradbauteile ausgelotet.
