Toray-CFK-Prepreg für die Luft- und Raumfahrt zeigt Flammhemmung und mechanische Leistung

Toray Industries Inc. (Tokio, Japan) hat ein Prepreg aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) für fortschrittliche Luft- und Raumfahrtanwendungen entwickelt. Das Unternehmen sagt, dass es die Materialinformatiktechnologie – eine Technik, die maschinelles Lernen, theoretische Dichte, Simulationen und Datenbanken kombiniert – genutzt hat, um schnell eine optimale hohe Flammwidrigkeit und mechanische Leistung für dieses Material zu erreichen. Das Unternehmen wird Demonstrationstests vorantreiben, um CFK-Anwendungen und -Nachfrage auf Flugzeuge, Automobile und allgemeine industrielle Anwendungen auszuweiten.

Laut Toray hat CFK, obwohl es Metallen mechanisch überlegen ist, einige funktionelle Nachteile, darunter Flammhemmung und elektrische Leitfähigkeit; als Ergebnis wird eine Verbesserung dieser Eigenschaften als wünschenswert erachtet. Dennoch erfordern die Herausforderungen des Engineerings und der Optimierung verschiedener Flammschutzeigenschaften und mechanischer Eigenschaften eine große Menge an experimentellen Daten. Es war auch schwierig, die Entwicklungszeiten zu verkürzen, fügt Toray hinzu.

Als Teil seiner Initiativen zur digitalen Transformation, die Daten und digitale Technologien nutzen, um wettbewerbsfähiger zu werden, hat Toray Materialinformatik im CFK-Engineering eingesetzt und eine Technologie zur schnellen Entwicklung von Materialien etabliert, indem inverse Problemanalysen genutzt werden, um Materialdesigns basierend auf den erforderlichen Eigenschaften zu verfeinern .

Als Werkzeug für diese Analyse nutzte das Unternehmen eine selbstorganisierende Karte, die in gemeinsamer Forschung mit der Tohoku University eingesetzt wurde, um im Experiment geeignete Materialkombinationen zu identifizieren, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Dies führte zum erfolgreichen Engineering eines Matrixharzes für die Faserverstärkung zur Entwicklung des CFK-Prepregs.

Das Prepreg soll die äquivalente Druckfestigkeit, Wärmebeständigkeit und andere mechanische Eigenschaften wie aktuelle Luft- und Raumfahrtmaterialien aufweisen. Gleichzeitig liefert es im Vergleich zu diesen Materialien eine um 35 % niedrigere Wärmefreisetzungsrate, die der von Feuer erzeugten Wärme entspricht. Darüber hinaus plant Toray, eine inverse Problemanalyse auf die Wärmeleitfähigkeit, die elektrische Leitfähigkeit und andere Elemente anzuwenden, um die Entwicklung hochfunktionaler Prepregs zu unterstützen, die die Anforderungen in Flugzeugen, Automobilen und allgemeinen Industriekomponenten diversifizieren.

Einige der Fortschritte von Toray bei diesen Entwicklungsbemühungen waren Teil der „Materialintegration“ für ein revolutionäres Designsystem für strukturelle Materialien im Rahmen des ministeriellen Programms zur strategischen Innovationsförderung (SIP). SIP wird vom Council for Science, Technology and Innovation (CSTI) des Cabinet Office der japanischen Regierung geleitet, das von der Japan Science and Technology Agency überwacht wird.