Innovative biobasierte Hybrid-Tapes für Leichtbauanwendungen

AZL Aachen GmbH (Aachen, Deutschland) berichtete über Entwicklung und Umsetzung eines laufenden Projekts durch eines seiner Partnerinstitute, das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University (ITA, Aachen, Deutschland), das eine Prozesskette für die Produktion von quasi-kontinuierlichen, biobasierten Tapes umfasst. Am ITA betrieben, beteiligten sich drei institutionelle Partner, darunter Sofila, Em-Systeme (Oberhausen, Deutschland), Safilin (Hauts-de-France) und eine labortechnische Tape-Produktionsanlage.

100 % biobasierte Thermoplast-Tapes

AZL sagt, die 100 % biobasierten Thermoplast-Tapes – wie herkömmliche Tapes aus Glas- oder Carbonfaser – können auf Bandlege- oder Bandwebmaschinen verarbeitet werden. Die ungedrehte, parallele Ausrichtung der Flachsfasern ermöglicht laut Berichten die volle Ausnutzung der Faser Eigenschaften, einschließlich hochwertiger Anwendung in Automobilteilen oder Windkraftflügeln.

AZL merkt an, dass sein Projektpartner Sofila die PA11-Fasern texturierte und zu Stapelfasern verarbeitete. In Zusammenarbeit mit dem ITA verarbeitete Safilin die Flachs- und PA11-Fasern zu einem Hybrid-Strang, der dann gezogen und per Ultraschallschweißen zu einem Tape konsolidiert wurde. Speziell für den Hybrid-Strang entwickelt, wandelt das Ultraschallmodul – entwickelt von Projektpartner Em-Systeme – die Energie der mechanischen Vibration des Sonotrodes in innere Reibung und Grenzflächenreibung um, was laut Berichten zum Erhitzen und Schmelzen der thermoplastischen PA11-Fasern führt. Die gezogenen, parallelen Flachsfasern wurden dann mit dem geschmolzenen Thermoplast imprägniert. Laut AZL bietet dieses Verfahren einen effizienten, lokalen Energieeintrag.

Mechanische Eigenschaften und Vergleiche

Als Nächstes wurde das produzierte Tape zu UD-Lagen verarbeitet, die in einer beheizten Presse konsolidiert wurden. Diese fertigen Verbundwerkstoffe wurden zugeschnitten, um die mechanischen Eigenschaften der Proben zu testen und zu ermitteln, speziell Zug- und Biegeeigenschaften. Laut AZL beträgt die Zugfestigkeit der Tapes bis zu 233 MPa; der E-Modul bis zu 13 GPa. Die Biegefestigkeit beträgt bis zu 280 MPa; der Biegemodul bis zu 30 GPa. Im Vergleich zu kommerziell erhältlichen Flachs/PP-Tapes und den zitierten Experimenten an der TU Chemnitz berichtet AZL, dass der Naturfaserverbundwerkstoff (NFC), der im Sonic-Bio-Tapes-Projekt hergestellt wurde, im Durchschnitt signifikant bessere Biegefestigkeit und Biegesteifigkeit aufweist. Darüber hinaus wurden Demonstratoren aus gewebten Tapes am ITA Augsburg gefertigt. Die gesamte Prozesskette und der Demonstrator sind in der obigen Abbildung dargestellt.

Danksagung

Das ITA möchte sich beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie – BMWi für die Finanzierung des Forschungsprojekts im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) bedanken. Das ITA dankt auch seinen Projektpartnern Sofila, Safilin und EM-Systeme für die Zusammenarbeit und Matthias Reuter, Thomas Köhler, Alexander Jansen, Thomas Gries, den Autoren des Originalartikels.

Bitte kontaktieren Sie Matthias Reuter unter matthias.reuter@ita.rwth-aachen.de für weitere Informationen.

Dieser Beitrag erscheint im Rahmen der Medienpartnerschaft zwischen CompositesWorld und AZL Aachen GmbH.