Forschungs- und Entwicklungsdienstleistung zur technologischen Untersuchung hinsichtlich carbonfaserbasierter Tape- und Hybrid-Materialien sowie textiler Strukturen

Description

Leichtbau gehört zu den Game-Changer-Technologien, die eine Steigerung des Wachstums und der Wettbewerbsfähigkeit ebenso in den Fokus nehmen wie eine Sicherung des Klimaschutzes und der Nachhaltigkeit. Hierbei spielen Carbonfasern (CF) als Verstärkungsmaterial für thermoplastische Kunststoffe eine herausragende Rolle, da sie eine einzigartige Kombination aus geringem Gewicht, hoher Steifigkeit und Festigkeit in Verbindung mit thermischer, UV- und Korrosionsbeständigkeit bieten. Bereits heute lassen sich daher carbonfaserverstärkte Kunststoff (CFK)-Bauteile herstellen, die gegenüber vergleichbaren Aluminiumbauteilen 30 % und gegenüber Stahlbauteilen sogar mehr als 50 % Gewichtsreduktion zulassen. Der massenhafte Einsatz dieser Fasern in Märkten wie Luftfahrt, Automotive, Windkraft, Bauwesen und Infrastruktur wird allerdings heute noch durch den hohen Preis der Fasern, der petrochemischen Basis und kostspieligen Fertigungsverfahren verhindert. Die neu zu etablierende Carbon LabFactory, als Forschungs-Campus und Außenstelle der TU Chemnitz in Boxberg/Oberlausitz, hat sich aus diesen Gründen, abgeleitet aus den generationsübergreifenden und globalen Herausforderungen, zum Ziel gesetzt, „grüne“ Carbonfasern zu erforschen. Darüber hinaus bildet die Carbon LabFactory zukünftig die vollständige Wertschöpfungskette, über die textilen Verfahren bis hin zu den kunststoffverarbeitenden Prozessen, ab, denn neben der CF selbst spielt deren Verarbeitung zu textilen Flächengebilden mit 1D- und 2D-Strukturen und 3D-Profilen eine wesentliche Rolle. Dem Stand der Wissenschaft gehören bereits zahlreiche Technologien an, deren Einsatz von dessen Stückzahl i. Allg. und im Speziellen von der Komplexität des Endprodukts abhängt. Dabei haben die Verarbeitungsverfahren signifikanten Einfluss auf die die im Bauteil vorherrschenden Werkstoffeigenschaften. Zur Eruierung von Anwendungsmöglichkeiten konventioneller und insbesondere der neuartigen „grünen“ Carbonfasern in zukunftsorientierten Textiltechnologien schreibt die TU Chemnitz Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu textilbildenden Technologien aus, welche die eigenen Forschungsanstrengungen komplementär ergänzen. Dazu gehören zum einen die Verarbeitung von CF zu vollkonsolidierten unidirektionalen Tapes zusammen mit technischen Kunststoffen sowie Hochleistungspolymerwerkstoffen und zum anderen die Bereitstellung hybrider Rovings, bestehend aus Carbon- und Polymerfasern. Beide Themenstellungen beinhalten neben umfangreichen Voruntersuchungen auch konzeptionellen Lösungen und die konstruktive Umsetzung zur Anpassung und Modifizierung am Markt erhältlicher Anlagen. Die CF-Hybrid-Rovings sind darüber hinaus für den Einsatz in kontinuierlichen Textiltechnologien zu ertüchtigen. Dazu gehören einerseits Prozesse zur Flächenbildung in Form von Mehrschicht-Gelegen, kombiniert mit weiteren textilen Aufmachungsformen wie beispielsweise Gewirke, Gewebe, Geflechte, Gestricke, Vliesstoffe, Schnittfasern und anderseits die kraftflussgerechte Orientierung der CF-Hybrid-Rovings. Die Technologiefusion aus hybriden CFMehrschicht- Gelegen und einer kraftflussgerechten Faserapplikation Hybrider-CF-Rovings in einem kontinuierlichem Verfahren soll neue Anwendungen erschließen und gleichzeitig die Effizienz über die gesamte Fertigungskette, im Vergleich zu duromeren Prepregs und klassischen Patch-Verfahren, steigern. Beide technologische Ansätze sind ganzheitlich zu betrachten und wissenschaftlich zu begleiten. Lot 1: Leichtbau gehört zu den Game-Changer-Technologien, die eine Steigerung des Wachstums und der Wettbewerbsfähigkeit ebenso in den Fokus nehmen wie eine Sicherung des Klimaschutzes und der Nachhaltigkeit. Hierbei spielen Carbonfasern (CF) als Verstärkungsmaterial für thermoplastische Kunststoffe eine herausragende Rolle, da sie eine einzigartige Kombination aus geringem Gewicht, hoher Steifigkeit und Festigkeit in Verbindung mit thermischer, UV- und Korrosionsbeständigkeit bieten. Bereits heute lassen sich daher carbonfaserverstärkte Kunststoff (CFK)-Bauteile herstellen, die gegenüber vergleichbaren Aluminiumbauteilen 30 % und gegenüber Stahlbauteilen sogar mehr als 50 % Gewichtsreduktion zulassen. Der massenhafte Einsatz dieser Fasern in Märkten wie Luftfahrt, Automotive, Windkraft, Bauwesen und Infrastruktur wird allerdings heute noch durch den hohen Preis der Fasern, der petrochemischen Basis und kostspieligen Fertigungsverfahren verhindert. Die neu zu etablierende Carbon LabFactory, als Forschungs-Campus und Außenstelle der TU Chemnitz in Boxberg/Oberlausitz, hat sich aus diesen Gründen, abgeleitet aus den generationsübergreifenden und globalen Herausforderungen, zum Ziel gesetzt, „grüne“ Carbonfasern zu erforschen. Darüber hinaus bildet die Carbon LabFactory zukünftig die vollständige Wertschöpfungskette, über die textilen Verfahren bis hin zu den kunststoffverarbeitenden Prozessen, ab, denn neben der CF selbst spielt deren Verarbeitung zu textilen Flächengebilden mit 1D- und 2D-Strukturen und 3D-Profilen eine wesentliche Rolle. Dem Stand der Wissenschaft gehören bereits zahlreiche Technologien an, deren Einsatz von dessen Stückzahl i. Allg. und im Speziellen von der Komplexität des Endprodukts abhängt. Dabei haben die Verarbeitungsverfahren signifikanten Einfluss auf die die im Bauteil vorherrschenden Werkstoffeigenschaften. Zur Eruierung von Anwendungsmöglichkeiten konventioneller und insbesondere der neuartigen „grünen“ Carbonfasern in zukunftsorientierten Textiltechnologien schreibt die TU Chemnitz Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu textilbildenden Technologien aus, welche die eigenen Forschungsanstrengungen komplementär ergänzen. Dazu gehören zum einen die Verarbeitung von CF zu vollkonsolidierten unidirektionalen Tapes zusammen mit technischen Kunststoffen sowie Hochleistungspolymerwerkstoffen und zum anderen die Bereitstellung hybrider Rovings, bestehend aus Carbon- und Polymerfasern. Beide Themenstellungen beinhalten neben umfangreichen Voruntersuchungen auch konzeptionellen Lösungen und die konstruktive Umsetzung zur Anpassung und Modifizierung am Markt erhältlicher Anlagen. Die CF-Hybrid-Rovings sind darüber hinaus für den Einsatz in kontinuierlichen Textiltechnologien zu ertüchtigen. Dazu gehören einerseits Prozesse zur Flächenbildung in Form von Mehrschicht-Gelegen, kombiniert mit weiteren textilen Aufmachungsformen wie beispielsweise Gewirke, Gewebe, Geflechte, Gestricke, Vliesstoffe, Schnittfasern und anderseits die kraftflussgerechte Orientierung der CF-Hybrid-Rovings. Die Technologiefusion aus hybriden CFMehrschicht- Gelegen und einer kraftflussgerechten Faserapplikation Hybrider-CF-Rovings in einem kontinuierlichem Verfahren soll neue Anwendungen erschließen und gleichzeitig die Effizienz über die gesamte Fertigungskette, im Vergleich zu duromeren Prepregs und klassischen Patch-Verfahren, steigern. Beide technologische Ansätze sind ganzheitlich zu betrachten und wissenschaftlich zu begleiten.