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Mikrowellen beschleunigen den Pultrusionsprozess

08.05.2015

Mittels Pultrusion lassen sich bereits seit über 60 Jahren faserverstärkte Kunststoffprofile vergleichsweise günstig herstellen. Doch wie kann der Pultrusionsprozess weiter beschleunigt und gleichzeitig eine bessere Infiltration der Fasern mit Harz erzielt werden? Eine Antwort darauf haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT im Rahmen des von der EU-geförderten Projekts COALINE gefunden: Ein neu entwickelter Durchlauferhitzer nutzt Mikrowellen zur kontinuierlichen Vorwärmung des Harzes vor der Injektion in die Pultrusionsdüse. Der vorgeheizte Duroplast-Werkstoff be-sitzt auf diese Weise eine geringere Viskosität, wodurch er besser in die Faserrovings ein-dringt, was zu einer verbesserten Benetzung der Filamente und damit zu höheren mechani-schen Kennwerten des Verbundwerkstoffes führt. Die höhere Temperatur bewirkt dabei zusätzlich auch eine beschleunigte Vernetzung des Matrixpolymers und führt damit zu einer Durchsatzsteigerung des Pultrusionsprozesses.

Da Mikrowellen Materialien unabhängig von der Wärmeleitfähigkeit volumetrisch erwärmen, sind sie ideal für diese Anwendung geeignet. Im Gegensatz zu konventionellen Durchlauferhitzern, welche die Flüssigkeit durch Heizstäbe oder Heizmanschetten erwärmen, übertragen Mikrowellen ihre Energie kontaktlos, wodurch eine Überhitzung des Harzes an der heißen Wand des Heizelementes verhindert wird. Eine schnelle Regulierbarkeit der Energie der Mikrowelle verhindert darüber hinaus eine Überhitzung und vorzeitige Aushärtung des Harzes im Durchflusserhitzer.

Kernstück des entwickelten Anlagen-Prototyps ist eine angepasste Mikrowellenkavität mit einer nicht-metallischen Harz-Leitung, in der das Harz transportiert und von Mikrowellen verlustfrei durchdrungen wird. Eine 2000 W starke Mikrowellenquelle der Frequenz 2,45 GHz betreibt den Durchflusserhitzer. Erste Ergebnisse für Epoxidharze konnten bereits erarbeitet werden und sind sehr vielversprechend: Bereits eine moderate Mikrowellenleistung von 1,4 kW ist ausreichend, um eine Harzmenge von 20g/s auf die gewünschte Vorwärmtemperatur reproduzierbar zu er-wärmen. In der nächsten Stufe des Projekts wird die Anlage in eine Pultrusionsanlage integriert und kann dort ihre Vorteile aufzeigen.

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