KARL MAYER Technische Textilien beteiligt sich erfolgreich an FUTURE, einem Projekt u. a. zur Verbindung von Stahl- und Carbonfasern in Gelegen
Die Mischung macht’s
Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind die Hoffnungsträger des Leichtbaus. Die viel verwendeten Verbundmaterialien bieten hervorragende mechanische Eigenschaften und haben zugleich eine geringe Dichte, weisen allerdings eine schlechte elektrische Leitfähigkeit auf. Dies ist insbesondere beim Einsatz in Flugzeugen ein Nachteil: Bei der anspruchsvollen Anwendung in großer Höhe ist ein wirkungsvoller Blitzschutz unverzichtbar. Für einen sicheren Flug auch bei Gewitter wurden die bisher verwendeten CFK-Strukturen mit gewebten Gitterstrukturen aus Kupfer zu einem Laminat verbunden. Die Lösung ist sehr aufwändig und sollte durch ein gezieltes Projekt vereinfacht werden. Das vom BMBF öffentlich geförderte Forschungsvorhaben lief unter dem Titel „Funktionale Textilien und Reproduzierbare Ergebnisse“, kurz: FUTURE, unter Regie des Projektträgers Jülich.
Das Projekt dauerte von Oktober 2014 bis Ende September 2017 und wurde bei der KARL MAYER Technische Textilien GmbH am Standort Naila durchgeführt. Projektpartner waren das Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) in Kaiserslautern, Airbus in München und die Firma Quickstep in Ottobrunn.
Projektziel Hybridlösung
Als Ersatz für die arbeitsintensive Laminatbauweise sollten im Rahmen des Projektes Carbon-Stahlfaser-Hybridstrukturen entwickelt werden. Hierfür waren in einem ersten Schritt idealerweise gespreizte Tape-Hybridstrukturen zu erzeugen und diese in einem zweiten Schritt auf der COP MAX 5 per Wirktechnik zu verfestigen. Der Projektplan von KARL MAYER Technische Textilien sah auch die Untersuchung von Gelegen mit 0°-Stehfäden aus Stahl vor. Das Stahlmaterial sollte auf der COP MAX 5 mit 0°/90°- und +/- 45°-Carbonlagen kombiniert und mittels Trikotbindung zum Hybridgelege verarbeitet werden. Von den Verbundstrukturen versprachen sich die Projektpartner einen gleichwertigen oder besseren Blitzschutz im fertigen Bauteil und nachfolgend ein erheblich besseres duktiles Verhalten beim Blitzeinschlag bzw. ein verbessertes Crashverhalten im Vergleich zu den bisherigen Laminatlösungen.
Erfolgreiche Vorarbeit für weitere Projektarbeiten
Die Umsetzung des Projektes hat sich für KARL MAYER Technische Textilien gelohnt. Bei den Untersuchungen konnten auf theoretischem und praktischem Wege textiltechnologische Grundtatsachen erarbeitet werden.
Beim Spreizen von Stahlfasern und Carbon-Stahlfaser-Hybriden wurde die Wirksamkeit des KARL MAYER-Spreizprinzips nochmals klar bestätigt. Per Online-Spreizung mit den Gattern vom Typ TC 54 von KARL MAYER Technische Textilien konnten an der COP MAX 5 einlagige Hybridwinkelstrukturen mit hoher Güte verlegt und verfestigt werden. Die gute Gelegequalität zeigte sich insbesondere nochmals in Grundlagenversuchen.
Um eine möglichst einwandfreie Produktbeschaffenheit für die Anwendung Aerospace zu erreichen, stellten die Spezialisten von KARL MAYER die Offline- und Online-Fertigung an der COP MAX 5 ausführlich gegenüber. Bei einem Lagengewicht von 110 g/m² schnitten die online gespreizten Carbongrundgelege in puncto Gassigkeit, Gleichmäßigkeit, Dickenkonstanz und Optik besser ab. Grund hierfür ist der Wegfall des vorherigen Tapewickel- und anschließenden Abwickelprozesses als Qualitätsstörquelle. Bei den Tests und Vergleichen kamen Carbonfaser-Tows mit der Spezifik TORAYCA® T 700S, 12K, Schlichtetyp 50C und 60E zum Einsatz.
Auf Basis der Erkenntnisse aus den Versuchen wurden Carbongrundgelege mit 0°/90°- und +/- 45°-Struktur hergestellt und mit Stahlfaserrovings als Stehfäden kombiniert. Die gefertigten Stahlfaser-Carbon-Hybride wurden am IVW in Probekörpern verarbeitet und lieferten für die weitere wissenschaftliche Betrachtung grundlegende Erkenntnisse.
Nachsatz
Das diesem Bericht zugrundeliegende FE-Vorhaben wurde im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Kennzeichen 03X3042B durchgeführt. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.
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