Verbundwerkstoff Pultrusion: Thermoplastische Matrixsysteme liegen im Trend

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Pultrusion ist ein vollautomatisches Fertigungsverfahren, bei dem Fasern durch ein Harzbad geführt und als getränktes Material anschließend durch eine beheizte Form gezogen werden. Im ausgehärteten Zustand entsteht ein Profil mit besonders hoher mechanischer Festigkeit. Am Fraunhofer IWU wurde das Verfahren in den vergangenen zehn Jahren stetig perfektioniert. 

Pultrusion ist ein kontinuierliches Herstellungsverfahren für faserverstärkte Kunststoffe, bei dem Fasern durch ein Harzsystem gezogen und anschließend durch ein beheiztes Werkzeug geführt werden, wo sie aushärten und ein Profil mit konstantem Querschnitt bilden. Der Begriff setzt sich aus den englischen Wörtern »pull« (ziehen) und »extrusion« (Strangpressen) zusammen und beschreibt damit anschaulich das Prinzip des Ziehens statt Drückens. Im Unterschied zur Extrusion wird das Material also nicht durch eine Form gepresst, sondern kontinuierlich hindurchgezogen. So entstehen lange, leichte und zugleich hochfeste Faserverbundprofile. Erste industrielle Anwendungen der Verfahrens reichen in die 1950er-Jahre zurück.
Mittlerweile gibt es Alternativen zu nicht recycelbaren duroplastische Harzen, wie zum Beispiel thermoplastische Matrixsysteme. Diese Profile können nicht nur am Lebensende vollständig recycelt werden, sondern lassen sich nach der Herstellung unter Wärme auch nachträglich noch umformen.

Damit eignen sich solche Profile auch aus ökologischer Sicht für die Unterkonstruktionen von Solaranlagen, wo es neben einer hohen Korrosionsbeständigkeit auf eine stabile Statik ankommt: Großflächige Paneele bieten dem Wind viel Angriffsfläche. Diese ist bei Rotorblättern von Windkraftanlagen ausdrücklich erwünscht, sodass es auch hier auf einen verwindungssteifen Kern ankommt. Automatisierte Herstellverfahren bieten dabei besondere Chancen, wenn Fachkräfte fehlen oder arbeitsintensive Arbeitsschritte entfallen können.
Im Tiefbau sind pultrudierte Betonarmierungen (GFK-Rebars) klassischem Baustahl vorzuziehen, da sie salz- und korrosionsbeständig sind und somit die Lebensdauer von Brücken und Tunneln erheblich erhöhen. Das Material verrottet nicht, ist extrem beständig gegen Chemikalien und gegenüber witterungsbedingten Einflüssen. 
In Batteriegehäusen und als Unterbodenschutz wiederum sind leichte, crashsichere und elektrisch isolierende Strukturen von großem Vorteil.
In Schienenfahrzeugen lassen sich Kabelführungen und Elektronik direkt in das pultrudierte Profil komplexer, multifunktionaler Bauteile integrieren.

Gekrümmte Pultrusionsprofile herstellen

Am Fraunhofer IWU wurde das Verfahren in den vergangenen zehn Jahren stetig perfektioniert. Zu den Stärken des Instituts zählen komplexe Profilstrukturen im industriellen Maßstab sowie ein breitgefächertes Material- und Anlagenrepertoire – von klassischen Harzbädern über die Verarbeitung hochreaktiver 2K-Systeme bis hin zur thermoplastischen Pultrusion (reaktiv und schmelzebasiert). Es ist die weltweit einzige Forschungseinrichtung, die gekrümmte Pultrusionsprofile herstellen kann. Die Forschenden beherrschen die gesamte Wertschöpfungskette von der Auslegung mit modernsten Simulationsansätzen über die Fertigung bis hin zur Analytik. Das Materialspektrum umfasst inzwischen auch hochreaktive Harzsysteme, Thermoplaste sowie Kohlenstoff- & Naturfasern. Das Fraunhofer IWU arbeitet an querschnittsveränderlichen Profilen ebenso wie an gradierten Strukturen, um den Aushärtegrad für eine bessere Verbundhaftung an definierten Stellen des Bauteils besser einstellen zu können. Auch Metalle oder Sensoren können bei Bedarf integriert und Begleitprozesse wie Imprägnierung, Aushärtung und Verzug simuliert werden.