3D-Modell der Wirrvlieskarde einer Airlay-Anlage
mit Darstellung der Faserablage (Quelle: STFI)
Primäre Carbonfasern sind teuer, ihre Herstellung hat eine kritische CO2-Ökobilanz. Beim Recyceln der Fasern, was die Lebensdauer und damit auch die Ökobilanz verbessert, werden jedoch die Fasern verkürzt und die Faserorientierung geht verloren. Damit sind die zu Vliesstoffen verarbeiteten recycelten Carbonfasern (rCF) für CFK-Bauteile kostengünstiger, ihre Festigkeitseigenschaften jedoch geringer als auf CF-Gelegen basierenden CFK.
Im Projekt ProStAir ( Projektbericht) untersuchten deshalb die Forschenden am STFI, ob sich die Orientierung der Fasern (Isotropieverhältnis) beim Ausbilden des Vlies durch die Airlay-Technologie für Carbonfasern und rezyklierte Carbonfasern durch ein Verändern der Herstellparameter beeinflussen lässt.
Im Ergebnis konnten die Forschenden zweifelsfrei nachweisen, dass die Orientierung der Carbonfasern durch Veränderung der Parameter der Airlay-Anlage Querstromgebläse, Absaugung, Materialdurchsatz und Siebbandgeschwindigkeit manipuliert werden kann. Und mehr als das: Faservorzugsrichtung und deren Ausprägungsstärke ließ sich an der Versuchsanlage sogar reproduzierbar einstellen. Darüber hinaus konnten ungünstige Relationen von Prozessparametern bestimmt werden, die das Vlies negativ beeinflussen.
Basierend auf dem modellierten und simulierte Airlay-Prozess können nun neue quasi-isotroper und gezielt-anisotroper (r)CF-Vliesstoffe durch das Verändern der Faserflugbahn und des Faserablagevorganges bei der Vliesbildung hergestellt werden. Die Anwendungsmöglichkeiten der Projektergebnisse sind weitreichend:
- gezielte Beeinflussung der Faserorientierung zur Herstellung von Vliesstoffen zur Weiterverarbeitung zu lastpfadoptimierten CFK-Bauteilen,
- ermittelte Strömungsprofile und -felder helfen Herstellern von Airlay-Anlagen, diese zu optimieren,
- besseres Verständnis über Spezifika von Airlay-Anlagen für Vliesstoffhersteller zur Optimierung der
Produktion.
Vliesstoffproduzenten sind mit den Forschungsergebnissen in der Lage, basierend auf dem Airlay-Verfahren wirtschaftlich sinnvoll sowohl rCF-Vliesstoffe mit bekannten und mit neuartigen Eigenschaften (gezielte Anisotropie beziehungsweise Isotropie im Raum) herzustellen.
Bild oben: Mit rCF-Vlies hergestellte CFK-Platten (Quelle: STFI)
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
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