Entwicklung eines resistiven Verfahrens zur Imprägnierung und Konsolidierung von auf Kohlenstofffasern basierenden thermoplastischen Hybridgarntextilien

Julian Reese

AutorIn

Julian Reese

Titel

Entwicklung eines resistiven Verfahrens zur Imprägnierung und Konsolidierung von auf Kohlenstofffasern basierenden thermoplastischen Hybridgarntextilien

Zitierfähige Url:

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-752374

Erstveröffentlichung

2021

Datum der Einreichung

28.09.2020

Datum der Verteidigung

25.02.2021

Abstract (DE)

Die Textiltechnik ermöglicht den Einsatz von rezyklierten Kohlenstofffasern in thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen mit hohen Festigkeitsanforderungen. Das Erreichen vergleichbarer mechanischer Eigenschaften entsprechender endlosfaserverstärkter Verbundwerkstoffe wird durch die Nutzung von Stapelfaser-Hybridgarntextilien realisiert. Die Anwendung von thermoplastischen Hybridgarntextilien für die Herstellung von mehr als 100.000 Bauteilen pro Jahr erfordert jedoch eine kurze Taktzeit zur Imprägnierung und Konsolidierung des textilen Halbzeugs. Diese ist in dem derzeitigen Stand der Technik nicht gegeben, sodass hier Forschungsbedarf besteht. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Methode zur Reduktion der Taktzeit zur Imprägnierung und Konsolidierung komplexer Bauteilgeometrien auf Basis leitfähiger Hybridgarntextilien von derzeitig mehreren Minuten auf unter eine Minute, mit Potenzial zur weiteren Minimierung. Dies erfolgt mittels In-situ-Erwärmung im formgebenden Werkzeug unter Nutzung der Widerstandsverluste bei Stromfluss durch die leitfähigen Verstärkungsfasern. Neben der Charakterisierung und Simulation der Erwärmung im Mehrlagengewebe wird eine Parameteranalyse an generischen Probekörpern durchgeführt, um die Machbarkeit zu demonstrieren. Genauso findet eine erfolgreiche Skalierung der Technologie durch Übertragung der Ergebnisse auf eine komplexe Bauteilgeometrie anhand einer innovativen Werkzeugtechnologie statt. Am Ende der Arbeit erfolgt eine wirtschaftliche Betrachtung der kompletten Prozesskette von der einzelnen Faser, über den Hybridroving und das Mehrlagengewebe, bis zum fertigen Bauteil. Die Arbeit zeigt eine Technologie zur wirtschaftlichen Fertigung von Bauteilen aus rezyklierten Kohlenstofffasern in unter einer Minute Taktzeit. Des Weiteren bieten sich Vorteile durch die geringen Materialkosten des Hybridrovings, den hohen Grad der Automatisierung und die energetisch effiziente intrinsische Erwärmung des Halbzeugs.

Freie Schlagwörter (DE)

resistive Erwärmung, Kohlenstofffasern, Faserverbund, Hybridgarn

Freie Schlagwörter (EN)

resistive heating, carbon fibres, fibre composite, hybrid yarn

Klassifikation (DDC)

678

Klassifikation (RVK)

ZM 5400

GutachterIn