Ein Team der TU Chemnitz kombinierte Schaum und Textil als zukunftsweisenden Materialmix mit herausragenden Eigenschaften für den Leichtbau in einem speziellen Fertigungsverfahren. Dafür entwickelten sie erstmals gemeinsam mit einem Team des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) Kaiserslautern das Simulations-Tool „Foam“.

Verlässliche Simulationen der chemischen Aufschäumreaktion von PUR sind bisher rar. Doch dank der Software „Foam“ können die Forschenden nun das Aufschäumverhalten konkret simulieren und somit auch das entstehende Material verlässlich charakterisieren. Für die Hersteller von PUR-Schäumen bedeutet das in kurzer Zeit und mit wenig Aufwand verlässliche Aussagen über neue Produkte – noch vor deren eigentlicher Fertigung – treffen zu können.

So gelang es den Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen der Stiftungsprofessur Textile Kunststoff- und Hybridverbunde (TKV) innerhalb der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) der TU Chemnitz ein bahnbrechender Erfolg. Sie entwickelten neuartige Werkstoffverbunde aus PUR-Schaum mit integrierten Textilien.

Die sogenannten „Abstandsgewirke“ bestehen aus zwei textilen Flächen, die von senkrecht angeordneten sogenannten „Monofilen“ aus Polyester, ein einfädiges Garn, auf einer bestimmten Distanz zueinander gehalten werden. Durch diesen Aufbau werden die textilen Flächen um die dritte Dimension erweitert – häufig auch als „3D-Gewirke“ bezeichnet.

„Unser Ziel war es, den Schaumstoff 3D-endlos mit textilen Abstandgewirken zu verstärken und dessen Fertigung zu optimieren. Bisher sind nur 2D-Verstärkungen üblich, doch die neue Kombination ist steifer, hat eine höhere Festigkeit und verbesserte Schadenstoleranz.“
(Kay Schäfer, zuständig für Textilverstärkte Kunststoffverbunde, Kunststoffschäume, Verfahrensentwicklung am SLK).

Die Professur SLK führte die experimentellen Untersuchungen zur Charakterisierung der chemischen Reaktion und Schaumausbreitung durch. Das Fraunhofer-Institut war für den mathematischen Hintergrund des geschaffenen Simulations-Tools verantwortlich.

Textile Verstärkung führt zu Funktionsintegration

PUR-Hartschaumstoffe brechen spröde, wenn es zur entsprechenden Belastung kommt. Dank der textilen Verstärkung verformen sie sich nun lediglich, brechen aber nicht mehr.

Dadurch entstehen neue Anwendungsfelder, beispielsweise findet der Materialverbund Einsatz im Automobilsektor.

„Für einen Fahrzeugsitz dient der Schaum dann nicht mehr als Polsterung, sondern als fester und steifer Kern in einer sogenannten Sandwichstruktur, also einem geschichteten Materialverbund.“ (Jonas Stiller, SLK)

Bild oben: Kay Schäfer (l.) und Jonas Stiller von der Chemnitzer Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung an der Anlage für das sogenannte „Reaction Injection Moulding“ (RIM-Verfahren) zur Herstellung von textilverstärkten PUR-Schäumen. Dank der hier entwickelten Software lassen sich diese Schäume nun verlässlich simulieren lässt. (Quelle: TU Chemnitz)


Quelle und weitere Infos: TU Chemnitz, Industrie.de

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