Ausgangssituation

Der Großserieneinsatz von Faserverbundkunststoffen (FVK) scheitert derzeit am hohen Kostenniveau. Besonderer Handlungsbedarf wird bei der Reduktion der Materialkosten (50 – 60 %) gesehen. Hochmodulfasergarne als Ausgangsmaterial für textile Verstärkungshalbzeuge sind mitzunehmender Filamentanzahl kostengünstiger erhältlich, jedoch steigen mit der Filamentanzahl auch Anzahl und Ausmaß von Inhomogenitäten und Faserfehlorientierungen. Diese setzen die Reproduzierbarkeit der mechanischen Eigenschaften von FVK-Bauteilen aus preisgünstigen Garnen herab. Garne mit sehr hoher Filamentanzahl – so genannte Heavy Tows – werden vor der textilen Flächenherstellung aufgefächert. Im Spreizprozess werden die Multifilamentgarne zu flachen Bändern, so genannten Tapes verarbeitet. Mit diesen können dann flächige Verstärkungshalbzeuge mit niedrigen Flächengewichten hergestellt werden. In der Regel sind das ein- oder mehraxiale Gelege, in zunehmendem Maße aber auch so genannte Tapegewebe. Durch das Spreizen (siehe Abbildung 1) wird neben der Verringerung des Flächengewichts eine Homogenisierung des Faserstrangs erreicht.

Abbildung 1 (Spreizvorgang)
Abbildung 1.1 (Spreizvorgang)

Die anfänglich elliptische Querschnittsfläche des Multifilamentgarns wird zu einem unidirektionalen Faserband mit dünnem, breitem Querschnitt aufgefächert und die mechanischen Garneigenschaften steigen. Die Inhomogenitäten im Multifilamentgarn werden jedoch nur unzureichend ausgeglichen, da der Spreizprozess nicht aktiv geregelt wird.

Abbildung 2 (Spreizanlage)

Die Reproduzierbarkeit von Halbzeugen und damit auch die mechanischen Eigenschaften von FVK-Bauteilen sind abhängig von der Homogenität (Breite, Dickenverteilung, und Filamentausrichtung) im eingesetzten Multifilamentgarn. Kostengünstigere Garne mit höheren Filamentzahlen weisen dabei mehr Inhomogenitäten auf. In bestehenden Spreizanlagen (siehe Abbildung 2) für Heavy Tows werden diese Inhomogenitäten nur teilweise ausgeglichen, da der Spreizprozess nicht aktiv geregelt wird.

 

Die Inhomogenitäten in den als Garn vorliegenden Ausgangsmaterialien erschweren die Verarbeitbarkeit in den nachfolgenden textilen Prozessen wie z. B. der Weberei oder dem Flechten. Auch auf den genannten Spreizprozess für Heavy Tows wirken sich die Inhomogenitäten im zugeführten Faserband negativ aus. Durch den in der Regel konstanten Spreizgrad führen Breitenschwankungen im Ausgangsmaterial auch zu einer nicht konstanten Breite des gespreizten Faserbandes. Durch eine Homogenisierung der Garneigenschaften vor der textilen Weiterverarbeitung kann die Verarbeitbarkeit verbessert und die Qualität der hergestellten Halbzeuge erhöht werden. Letztlich resultieren hieraus erhöhte nutzbare Verbundfestigkeiten und Verbundsteifigkeiten.

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