Konsolidierung von Hybridtextilien

Abbildung 1: Quasi-UD / PEI Hybrid Textil, hergestellt am Faserinstitut Bremen

Technologien

• Faserverstärkte Kunststoffe
• Hybridtextilien
• Pressverfahren
• Analytisches Modell

Ausgangslage

Faserverstärkte Thermoplaste sind Composite Materialien mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, die für den Leichtbau geeignet sind. Heutzutage beruht deren Herstellung vor allem auf teuren Halbzeugen, mit denen aber nur eine begrenzte geometrische Komplexität erreicht werden kann.

Das Pressverfahren mit Hybridtextilien ist ein alternativer Prozess, mit dem teilweise komplexe Formen hergestellt werden können. Hybridtextilien zeichnen sich durch eine gute Drapierbarkeit und hohe Designfreiheit aus, da viele Parameter einfach und lokal geändert werden können. Ein dreidimensionales Konsolidierungsmodel würde das Vermeiden von Defekten und einen Designoptimierung erlauben. Ein solches Model gibt es aber noch nicht.

Ziele

Das Ziel besteht darin, ein dreidimensionales Konsolidierungsmodel zu entwickeln. Es wird ein Model erstellt und experimentell gründlich validiert. Dank einer Zusammenarbeit mit dem Faserinstitut Bremen (FIBRE) wird das Model auch mit Hochleistungsmaterialien, Kohlenstofffasern und Polyetherimid (PEI) überprüft. Das Konsolidierungsmodel wird anschliessend dreidimensional erweitert. Schlussendlich werden Demonstratoren hergestellt, um das Potenzial dieser Technologie insbesondere für komplexe Geometrien aufzuzeigen

Ergebnis

Ein neues Konsolidierungsmodel, das Lufteinschlüsse, Auflösung und Diffusion in geschmolzenen Polymeren betrachtet, wurde entwickelt. Versuche wurden durchgeführt, um den Imprägnierungsgrad zu messen und mit Modelvoraussagen zu vergleichen. Es wurde eine gute Übereinstimmung für verschiedene Druckbedingungen und zwei verschiedene Polymere, Polypropylen und Polyethylen, festgestellt, wie es auf Abbildung 2 zu sehen ist. Weitere Versuche werden mit einem auf Kohlenstofffasern und PEI basierenden Hybridtextil, der auf Abbildung 1 gezeigt ist, durchgeführt. Das Konsolidierungsmodel wird dreidimensional erweitert und experimentell validiert.

Abbildung 2: Gemessener Imprägnierungsgrad als Funktion der Zeit im Vergleich zum Model mit PP (links) und HDPE (rechts)

Publikationen:

• Werlen V., Vocke R., Schwanemann P., Michaud V., Brauner C., Dransfeld C., Rytka C. Consolidation of hybrid textiles for aerospace applications. 20^th European Conference on Composite Materials ECCM20, Lausanne, CH, 2022.
• Werlen V., Vocke R., Schwanemann P., Michaud V., Dransfeld C., Rytka C. On the impregnation of hybrid textiles during press moulding and why entrapped air matters. To be submitted to Composite Part A end of 2022.
• Werlen V., Vocke R., Rytka C., Schwanemann P., Michaud V., Dransfeld C., Brauner C., Herrmann A. S. ConThP: Consolidation of thermoplastic hybrid yarn materials. 5^th International Conference and Exhibition on Thermoplastic Composites ITHEC, Bremen, DE, 2020.