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Verarbeitung von Reaktionsharzen - Resin Transfer Molding (RTM)

Harzinjektionsverfahren (Resin Transfer Moulding, RTM)

Auszug aus
Christian Hopmann, Walter Michaeli

Einführung in die Kunststoffverarbeitung

05/2017, 338 Seiten, € 40,00
ISBN: 978-3-446-45355-5
S. 209-210

Zur Herstellung von lang- und endlosfaserverstärkten flächigen Bauteilen in kleinen und mittleren Serien hat sich das Harzinjektionsverfahren RTM (Resin Transfer Moulding) etabliert.

Der Ablauf des RTM-Prozesses lässt sich in vier einzelne Prozessschritte unterteilen (Bild 1). In ein meist zweigeteiltes Werkzeug werden ungetränkte Verstärkungsfasern in Form eines vorkonfektionierten und konturnahen Preforms eingelegt. Der eingesetzte Preform kann durch manuelles Zuschneiden und Drapieren oder durch einen automatisierten Prozess hergestellt werden. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird das reaktive Harzsystem über einen Anguss volumenstrom- oder druckkonstant in das Formnest injiziert. Bei der Injektion durchströmt das Harz die Faserlagen und tritt nach der Durchtränkung an den Einlüftungen (Steigern) aus.

Nachdem die Kavität vollständig gefüllt ist, kann sich an die eigentliche Injektion zusätzlich eine Spülphase anschließen, bei der zusätzliches Harz durch die Kavität gefördert wird, um mögliche trockene Bereiche noch zu imprägnieren und/oder Poren innerhalb des Laminats herausspülen zu können. Treten während des Spülvorganges keine Luftblasen mehr aus den Steigern aus, werden die Entlüftungen verschlossen und – falls nötig – ein Nachdruck (z. B. mit Hilfe von Druckluft) über ein außerhalb des Werkzeugs befindliches Harzreservoir bis zur vollständigen Aushärtung des Harzes in der Kavität angelegt. Nach der Aushärtung des Bauteils kann dieses im letzten Schritt aus dem Werkzeug entnommen werden.

Bild 1: Das Harzinjektionsverfahren RTM

Matrixmaterialien und Faserarten

Die Matrix besteht zumeist aus einem duroplastischen Kunststoff wie Polyester, Epoxid- oder Phenolharz. Als Fasern werden Glasfasern, Kohlenstofffasern und auch solche aus Polymerwerkstoffen, wie Aramid- und Polyethylenfasern, eingesetzt. Dabei können die Faserrovings zu verschiedenen Faserhalbzeugen mit unterschiedlicher Architektur verarbeitet werden. Neben Gelegen, Geweben, Vliesstoffen und Matten werden auch Gestricke und Geflechte für die Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt.

Zur Injektion kommen einerseits Drucktöpfe zum Einsatz, bei denen die Injektion mit einem konstanten Injektionsdruck zwischen 0,5 bar und ca. 8 bar erfolgt. Die einzelnen Komponenten des Harzsystems werden vor der Überführung in den Drucktopf vermischt. Diese Methode erlaubt allerdings nur den Einsatz von Harzsystemen mit ausreichend langer Topfzeit, um ein vorzeitiges Vernetzen schon im Drucktopf vor der eigentlichen Injektion zu vermeiden. Daher ist die Drucktopfinjektion nicht für den Einsatz bei größeren Serien geeignet.

Serienfertigung mit Zahnrad- oder Kolbenpumpen

Für die Serienanwendung werden Zahnrad- oder Kolbenpumpen verwendet, die es ermöglichen, Harz und Härter in getrennten Kreisläufen zu fördern und erst direkt vor dem Eintrag in das Werkzeug mit Hilfe eines Statikmischers oder eines dynamischen Mischers zusammenzuführen. Bei kurzen Füllzeiten lassen sich so auch sehr reaktive Harzsysteme verarbeiten. Durch eine genaue Kontrolle des Mischungsverhältnisses und der Dosiervolumina ist es möglich, den Volumenstrom exakt einzustellen und sehr reproduzierbar Bauteile im RTM-Verfahren zu fertigen.

In Bild 2 ist ein qualitativer RTM-Zyklus dargestellt, der exemplarisch die Verarbeitung eines glasfaserverstärkten Bauteils mit Epoxidmatrix zeigt. Deutlich geht aus der Darstellung die Vernetzungsreaktion als Zykluszeit bestimmende Größe hervor. Durch die Verwendung von hochreaktiven Harzsystemen ist es aber möglich, die Vernetzungszeit auf unter 3 Minuten zu reduzieren und auf diese Weise kurze Zykluszeiten im RTM-Prozess zu realisieren.

Bild 2: Beispielhafter Verlauf eines RTM-Zyklus

Auszug aus
Christian Hopmann, Walter Michaeli

Einführung in die Kunststoffverarbeitung

05/2017, 338 Seiten, € 40,00
ISBN: 978-3-446-45355-5
S. 209-210
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