ITA RWTH Aachen startet Faserbeschichtungsanlage, Carbonfaserforschung

Anmerkung der Redaktion:CompositesWorld hat vor der JEC World 2020, die für den 3. bis 5. März geplant war, mehrere neue Produkt- und Technologieankündigungen erhalten. Obwohl diese Ausstellung auf Mai verschoben wurde, veröffentlicht CW jetzt die Ankündigungen, die wir erhalten haben. Dies ist einer von ihnen.

Das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA, Aachen, Deutschland) präsentiert auf dem Gemeinschaftsstand des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau Innovationen in der Glas- und Carbonfaser-Produktion.

Live-Demonstrationen des Mehrfaserbeschichtungssystems

Live am Messestand zeigt ITA, wie mit seiner Multimaterial-Faser-Beschichtungsanlage Rovings aus unterschiedlichen Materialien beschichtet oder imprägniert werden und aus Thermoplasten und Carbonfasern Towpregs, auch vorimprägnierte Rovings genannt, hergestellt werden. Towpregs können durch Wickeln oder Flechten verarbeitet werden. Anwendungsbeispiele sind beispielsweise in Antriebswellen in der Automobil- oder Luft- und Raumfahrtindustrie.

Das System, so ITA, habe ein breites Anwendungsspektrum und erlaube eine schnelle Ausgabe. Mit einer maximalen Verarbeitungstemperatur von 400°C ermöglicht sie auch die Verarbeitung von Hochtemperatur-Thermoplasten und schnelle Tests mit einer Vielzahl von Materialien im Labormaßstab. Die aktuellen Produktionsgeschwindigkeiten liegen je nach verwendetem Material und Konfiguration der Anlage bei 5 m/min, ein Upscaling in den industriellen Maßstab ist laut ITA möglich. Die Anlage kann Duroplaste und Thermoplaste verarbeiten.

Mit dieser Anlage können je nach verwendetem Material und Konfiguration Towpregs mit kreisförmigen Querschnitten bis 5 mm Durchmesser und bandförmigen Geometrien bis 20 mm Breite bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 5 m/min hergestellt werden der Linie.

Forschung zur Herstellung von Kohlefasern

Darüber hinaus präsentiert das ITA seine Herstellung von Carbonfasern, einem seiner Forschungsschwerpunkte. ITA verfügt über eine kontinuierliche Kohlefaserproduktionsanlage im Pilotmaßstab mit einer Produktionskapazität von weniger als einer Tonne pro Jahr. Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Größe und dem daraus resultierenden geringen Materialeinsatz sei die Anlage ideal geeignet, um neue Stabilisierungs- und Karbonisierungsprofile zu entwickeln und neue Faserschlichten zu testen, so ITA.

Das derzeitige Hauptziel der Forschung in der Kohlefaserproduktion ist es, die Stabilisierungszeit von anfänglich 50 Minuten auf etwa 21 Minuten zu verkürzen. Die resultierenden Fasern liegen auf dem Niveau einer Toray T700 Kohlefaser.

Ein weiterer Ansatz zur Kostensenkung von Carbonfasern ist der Einsatz alternativer Rohstoffe wie Polyethylen (PE). Dies kann den Kohlefaserpreis um etwa 50 % senken, sagt ITA. Aufgrund der bestehenden Spinn- und Sulfonierungsanlagen ist das ITA eines der führenden Forschungsinstitute, das sich mit der Herstellung kostengünstiger Carbonfasern auf Basis von Polyolefinen beschäftigt.

Textiltechnologie und Photonik

Kohlefaserverstärkte (CFK) Bauteile werden häufig durch Befestigungselemente montiert, die in das ausgehärtete und gebohrte CFK-Bauteil eingeklebt werden. Die Integration der Verbindungselemente in einen textilen Preform und ein zusätzlicher Härtungsprozess zum fertigen CFK-Bauteil können laut ITA die Prozessketten in der Produktion verkürzen und die Leistungsfähigkeit der Verbindung um mindestens 50 % steigern. Dies erfordert hochpräzise Aussparungen im Textil für die Verschlüsse.

In dem von OP.EFRE geförderten NRW-Projekt CarboLase wird erstmals die Lasermaterialbearbeitung in einen automatisierten Preforming-Prozess integriert. Ein Novum im Verfahren ist der Einsatz des materialschonenden Ultrakurzpulslasers, der die Textilien bearbeitet, ohne sie thermisch zu beschädigen.

Durch die Kombination der Technologien in einer flexiblen Roboterzelle ist nun unabhängig von Bauteilgeometrie und Losgröße die Just-in-Time-Fertigung von CFK-Bauteilen mit integrierten Verbindungselementen möglich. Mit der neuen Prozesskette wurden Demonstratoren vollautomatisch produziert. Ein Demonstrator in Form eines B-Säulen-Segments mit integrierten Befestigungselementen ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Entwickelt wurde diese Technologie vom Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen, kurz ITA, in Zusammenarbeit mit seinen Partnern AMPHOS GmbH, Kohlhage Fasteners GmbH &Co. KG, LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH und dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT.

Hochgeschwindigkeits-Prepreg-Filamentwicklung

ITA arbeitet mit vielen Branchen an der Filamentwickeltechnologie, einschließlich seiner neuartigen Multifilament-Wicklungstechnologie. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens besteht laut ITA darin, dass viele Fasern (Anlage bei ITA mit 48 Fasern) gleichzeitig gewickelt werden können, was die Verarbeitungsgeschwindigkeit um den Faktor 50 erhöht und eine Bedeckung von 100 % in einem Durchgang ermöglicht.

Die Arbeitsgeschwindigkeit wurde mit der Entwicklung hochwertiger Prepregs durch das ZIM-Projekt MFWOptiPreg mit der Firma F.A. Kümpers GmbH &Co. KG weiter erhöht. Die optimierte Klebrigkeit (Klebrigkeit) und Faserbruch, hohe Wickelgeschwindigkeiten und Qualitätsprodukte können erreicht werden. Das Filamentwickeln hat den Vorteil, dass die Fasern in die gewünschte Richtung (0°≤θ<90°) ausgerichtet werden.

Als Beispiel für Qualitätsprodukte wurden diese Prepregs für die Herstellung von Druckbehältern und Torsionswellen getestet, sagt ITA. Das entwickelte Prepreg ist bereits auf dem Markt erhältlich.