Wie geschaffen für den Leichtbau
Türaufprallträger aus TEPEX und Polyamid 6 als Hinterspritzmaterial. Zur Herstellung des Bauteils wird das erhitzte TEPEX im Spritzgießwerkzeug positioniert, beim Schließen des Werkzeugs umgeformt und dann hinterspritzt. (Foto: LANXESS AG)
Was ist eigentlich TEPEX?
01.07.2013 / Lanxess. TEPEX ist eine eingetragene Marke der Bond-Laminates GmbH. Unter diesem Markennamen vertreibt die in Brilon ansässige Tochtergesellschaft von LANXESS von ihr hergestellte, mit Endlosfasern verstärkte, plattenförmige Verbundwerkstoffe auf Basis von thermoplastischem Kunststoff. Die Materialfamilie bewährt sich bereits im Automobilbau, in der IT-Technologie und in Sport- und Elektronikanwendungen. Stärken von TEPEX sind seine hohe Steifigkeit und extreme Festigkeit bei sehr geringem Gewicht. So kann seine Festigkeit diejenige von Stahl oder Aluminium und Magnesium deutlich übertreffen. „Unser Hochleistungsverbundwerkstoff hat daher besonders in der Großserienfertigung von Leichtbauteilen für verbrauchs- und emissionsarme Automobile große Chancen. Er lässt sich wirtschaftlich in kurzen Zykluszeiten mit sehr reproduzierbaren Prozessen zu dreidimensionalen Bauteilen verarbeiten. Das ist der entscheidende Unterschied zu anderen, mehrheitlich duroplastischen Faserverbundwerkstoffen mit endlosen Fasern“, so Dr. Christian Obermann, Geschäftsführer bei Bond-Laminates.
Aufbau – ungewöhnlich steif und fest in Faserrichtung
In strukturellen Anwendungen dient vorwiegend Polyamid als Matrix für TEPEX, daneben kommen auch weitere Thermoplaste wie Polypropylen, thermoplastisches Polyurethan und Polyphenylensulfid zum Einsatz. Die in die Matrix eingebetteten Endlosfasern sind Gewebe etwa aus hochfesten Glas-, Aramid- oder Carbonfasern. Sie bestimmen maßgeblich die mechanischen Eigenschaften des Verbundes. „Die Faserlänge entspricht in der Regel der Bauteillänge, was dem Bauteil in Faserrichtung eine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit verleiht“, so Obermann. Zurzeit werden hauptsächlich balancierte oder kettstarke Gewebe als Verstärkung eingesetzt. Sie unterscheiden sich dadurch, wie die Fasern in Kett- und Schussrichtung aufgeteilt sind bzw. ob die Fasern gleichmäßig verteilt oder unidirektional ausgerichtet sind. Aktuell werden darüber hinaus Varianten von TEPEX entwickelt, die auf alternativen textilen Halbzeugen basieren und eine belastungsgerechtere Auslegung der Bauteile ermöglichen.
Herstellung – vollständig imprägniert und konsolidiert
Lange Zeit war es wegen der hohen Viskositäten der Thermoplastschmelzen ein großes Problem, die Fasern der textilen Halbzeuge mit Schmelze zu tränken. Diese Hürde hat Bond-Laminates bei seinem speziellen Pressverfahren mit einer Technologieinnovation überwunden. „Wir können heute auch große Verbundhalbzeuge vollständig imprägniert und konsolidiert in extrem konstanter Produktqualität großserientechnisch herstellen und kundenspezifisch optimieren“, so Obermann.
Eigenschaften – fester als Stahl- oder Aluminiumblech
TEPEX hat eine Dichte von nur 1,4 - 1,8 kg/dm3. Es ist daher in vielen Anwendungen eine deutlich leichtere Alternative zu Stahl- oder Aluminiumblech, deren Dichte bei 7,8 bzw. 2,7 kg/dm3 liegt. TEPEX kann dabei deutlich fester sein als diese Metallbleche. So beträgt die „gewichtsbereinigte“ spezifische Festigkeit einer mit 47 Prozent Endlosglasfasern verstärkten Polyamid 6-Variante 225 MPa/g/cm3, während Stahl oder Aluminium Werte um 50 bzw. 120 MPa/g/cm3 erreichen. Die spezifische Steifigkeit ist zwar etwas geringer, doch kann dies durch intelligenten konstruktiven Leichtbau weitgehend kompensiert werden.
Zum Beispiel brauchen hinterspritzte TEPEX-Verbunde auf Basis von Polyamid 6 den Vergleich mit der Kunststoff-Metall-Verbund-technologie auf Basis von Stahlblech und Polyamid 6 nicht zu scheuen. Die Verbunde sind fast genauso steif, zeigen aber eine doppelt so hohe Festigkeit und Energieaufnahme. „Im Torsionsversuch erreichen unsere Verbunde sogar eine um rund 50 Prozent höhere Steifigkeit und etwa 65 Prozent höhere Festigkeit, weil die stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kunststoffen besonders zum Tragen kommt“, so Obermann. Entsprechende Bauteile nehmen außerdem beim Versagen unabhängig von der Belastungsart deutlich mehr Energie auf.
Anwendungen – etabliert in der Serienfertigung von Autoteilen
TEPEX hat schon oft bewiesen, dass es sich für die Serienproduktion von Automobilteilen sehr gut eignet. Zum Beispiel wird mit ihm in Hybridbauweise eine Sitzschale für das Sportcoupé eines deutschen Automobilherstellers gefertigt. Auch im Untergurt des Hybridfrontends vom Audi A8 bewährt es sich. Kurz vor dem Serienstart befinden sich mit TEPEX in Hybridtechnik konstruierte Bremspedale und Airbaggehäuse. „Die Hybridtechnik mit TEPEX hat als wirtschaftliche Alternative zu carbonfaserverstärkten Duroplast-Verbunden großes Potenzial. Denn die thermoplastische Matrix bietet deutliche Vorteile etwa in puncto Gestaltungsfreiheit, Umform-, Schweiß- und Umspritzbarkeit sowie Lagerfähigkeit und Recycling“, erklärte Obermann. Über Automobilteile hinaus kommt TEPEX u. a. in der Herstellung von Sohlen für Sportschuhe, Bremshebeln und Pedalen für Rennräder, Rahmen für Rucksäcke, Snowboard- und Fahrradhelmen sowie Batteriegehäusen für Smartphones zum Einsatz.
