Langglasfaserverstärktes Polypropylen (LGFPP) ist ein modifizierter Polypropylen-Verbundwerkstoff mit Glasfasern von 10–25 mm Länge, der durch Spritzguss und andere Verfahren zu einer dreidimensionalen Struktur geformt wird. Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften findet LGFPP zunehmend Anwendung im Automobilbereich.
Die Eigenschaften und Vorteile von langglasfaserverstärktem Polypropylen
- Gute Dimensionsstabilität
- Ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit
- Kleines Kriechverhalten
- Geringe Anisotropie, geringe Verformung
- Hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere Schlagfestigkeit
- Gute Fließfähigkeit, geeignet für die Verarbeitung dünnwandiger Produkte
Polypropylen mit 10–25 mm langen Glasfasern (LGFPP) weist im Vergleich zu herkömmlichem Polypropylen mit 4–7 mm kurzen Glasfasern (GFPP) eine höhere Festigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit, Dimensionsstabilität und geringere Verformung auf. Darüber hinaus zeigt langglasfaserverstärktes Polypropylen selbst bei einer hohen Temperatur von 100 °C kein signifikantes Kriechen und besitzt eine bessere Kriechbeständigkeit als kurzglasfaserverstärktes Polypropylen.
Im Spritzgussprodukt sind die langen Glasfasern versetzt zu einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur angeordnet. Selbst nach dem Verbrennen des Polypropylen-Substrats bildet das Netzwerk der langen Glasfasern noch ein Glasfasergerüst mit einer gewissen Festigkeit, während die kurzen Glasfasern nach dem Verbrennen in der Regel zu einem kraftlosen Gerüst werden. Dies liegt hauptsächlich daran, dass das Längen-Durchmesser-Verhältnis der Verstärkungsfasern deren Verstärkungswirkung bestimmt. Füllstoffe und kurze Glasfasern mit einem kritischen Aspektverhältnis unter 100 haben keine verstärkende Wirkung, während lange Glasfasern mit einem kritischen Aspektverhältnis über 100 eine verstärkende Funktion haben.
Im Vergleich zu Metallen und duroplastischen Verbundwerkstoffen weist langglasfaserverstärkter Kunststoff eine geringe Dichte auf, wodurch das Gewicht gleicher Bauteile um 20 % bis 50 % reduziert werden kann. Langglasfaserverstärkter Kunststoff bietet Konstrukteuren mehr Gestaltungsfreiheit, beispielsweise bei der Herstellung komplexer Formen. Die geringere Anzahl an Komponenten und integrierten Teilen senkt die Werkzeugkosten (die Kosten für Spritzgussformen aus langglasfaserverstärktem Kunststoff betragen in der Regel nur etwa 20 % der Kosten von Stanzformen aus Metall) und reduziert den Energieverbrauch (der Energieverbrauch bei der Herstellung von langglasfaserverstärktem Kunststoff liegt bei nur 60 % bis 80 % des Energieverbrauchs von Stahlprodukten und 35 % bis 50 % des Energieverbrauchs von Aluminiumprodukten). Dies vereinfacht den Montageprozess.
Anwendung von langglasfaserverstärktem Polypropylen in Automobilteilen
Langfaserverstärktes Polypropylen wird im Armaturenbrettrahmen, der Batteriehalterung, dem Frontmodul, dem Steuergerät, dem Sitzstützrahmen, dem Reserveradträger, dem Kotflügel, der Chassisabdeckung, der Geräuschdämmung, dem hinteren Türrahmen usw. verwendet.
Frontend-Modul: Für Frontend-Module im Automobilbereich ermöglicht das Material LGFPP (30 % LGF-Anteil) die Integration von mehr als zehn herkömmlichen Metallbauteilen wie Kühlern, Lautsprechern, Kondensatoren und Halterungen. Es ist korrosionsbeständiger als herkömmliche Metallbauteile. Durch die geringe Dichte und das um ca. 30 % reduzierte Gewicht bietet es eine höhere Designfreiheit. Es ist ohne Sortierung und Aufbereitung direkt recycelbar, was die Herstellungskosten senkt und somit deutliche Kostenvorteile bietet.
Instrumententafel-Rahmen: Für flexible Rahmenmaterialien bietet LGFPP im Vergleich zu gefüllten PP-Materialien eine höhere Festigkeit, einen höheren Biegemodul und eine bessere Fließfähigkeit. Bei gleicher Festigkeit kann die Dicke der Instrumententafel reduziert und somit das Gewicht um etwa 20 % gesenkt werden. Gleichzeitig lässt sich die herkömmliche, mehrteilige Instrumententafelhalterung zu einem einteiligen Modul weiterentwickeln. Darüber hinaus wird für den Lufteinlass der Frontscheibenheizung und den Mittelrahmen des Armaturenbretts in der Regel dasselbe Material wie für den Hauptrahmen verwendet, was die Gewichtsreduzierung weiter optimiert.
Rückenlehne: Sie kann den herkömmlichen Stahlrahmen ersetzen, wodurch eine Gewichtsreduzierung von 20 % erreicht wird, und bietet hervorragende Gestaltungsfreiheit und mechanische Leistungsfähigkeit sowie Vorteile wie einen vergrößerten Sitzraum.
Die Anwendungsbedeutung von langglasfaserverstärktem Polypropylen im Automobilbereich
Im Hinblick auf den Materialaustausch können langglasfaserverstärkte Polypropylenprodukte gleichzeitig Gewicht und Kosten reduzieren. In der Vergangenheit wurden Metalle durch kurzglasfaserverstärkte Werkstoffe ersetzt. In den letzten Jahren haben langglasfaserverstärkte Polypropylene mit der Anwendung und Weiterentwicklung von Leichtbaumaterialien kurzglasfaserverstärkte Kunststoffe in immer mehr Automobilteilen abgelöst, was die Forschung und Anwendung von langglasfaserverstärkten Polypropylenwerkstoffen im Automobilbau weiter vorantreibt.
Veröffentlichungsdatum: 13. September 2021
