Herstellung von spezifisch imprägnierten und in der Breite fixierten Faserbändchen
Die Cetex Institut gGmbH entwickelte im Rahmen eines Forschungsprojektes eine Anlagentechnologie zur Herstellung von imprägnierten und in der Breite fixierten Faserbändchen. Hierbei wurden drei Etappen von den Vorversuchen über eine Prototypenmaschine bis hin zu Sonderanfertigungen für Kunden begleitet.
Ziel der Entwicklung war es, einen standardmäßig aufgespulten Faserroving in ein flaches Bändchen zu überführen und diesen Zustand mittels Aufbringen einer Flüssigmatrix sowie anschließender thermischer Aktivierung zu konservieren. Das Halbzeug sollte dann als Kreuz- oder Scheibenspule aufgewickelt werden.
Fixiertes Carbon/PEEK-Bändchen
Vielfältige Vorversuche
Vorversuche wurden mit 1670 dtex-Aramidrovings durchgeführt. Die Basisbreite des Aramidrovings von etwa 2 bis 3 mm sollte sich auf bis zu 6 mm Breite bei einem Fasermassenanteil von 90 bis 95 % erhöhen. Die generelle Spreizbarkeit verschiedener Aramid-Typen konnte dabei nachgewiesen werden.
Das Spreizen von Faserrovings nutzt die Prinzipien der Seilreibung: Als Folge breiten sich die Einzelfilamente aus und die ursprüngliche Rovingbreite erhöht sich je nach Faserart deutlich. Mit der nun entwickelten Technologie lässt sich beispielsweise die Bändchenbreite eines 12K Carbonrovings von 10 mm auf mehr als 17 mm steigern.
Anschließend werden die gespreizten Bändchen mit einer flüssigen Matrix beschichtet. Dafür kommen verschiedene technologische Ansätze infrage. Beispielsweise wurden die Bändchen über feste Umlenkungen durch eine Tauchwanne gezogen oder durch verschiedene Anordnungen von Quetsch- oder Schöpfwalzen geführt. Die Fixierung des beschichteten, gespreizten Roving erfolgte mit Infrarotstrahlung und Wärmekonvektion, wobei der Wasseranteil der flüssigen Matrix verdampft und die am gespreizten Bändchen verbleibende Matrix aufgeschmolzen wird.
Prototypenmaschine
Nach den erfolgreichen Vorversuchen wurde eine Versuchsanlage zur Beschichtung von bis zu acht Bändchen entwickelt. Sie erreicht eine Produktionsgeschwindigkeit von bis zu 20 m/min und wickelt Endbreiten bis 10 mm als Kreuzspule. Die physische Umsetzung dieser 8-Spur-Versuchsmaschine sowie erfolgreiche Produktionsversuche führten zum nächsten Schritt: zu kundenspezifischen Beschichtungsanlagen.
Kundenwünsche
So entstand für die Filament-Technik GmbH & Cie. KG eine hochskalierte Versuchsanlage für bis zu 30 doublierte, beschichtete und fixierte Aramidfaserbändchen. Die Produktionsgeschwindigkeit dieser 28 m langen Anlage beträgt bis zu 60 m/min. Anwendung findet das produzierte Halbzeug in Kabelummantelungen, als Teil von Hitzeschilden und im Freizeitsport bei Verstärkungsstrukturen im Segeltuch für Sportjachten.
Auch das Technology Innovation Institute in Abu Dhabi erhielt im Jahr 2024 eine solche Anlage. Sie ermöglicht die parallele Produktion von bis zu zehn imprägnierten Bändchen, bestehend aus 12K Carbonfasern, beschichtet mit einer PEEK-Dispersion, bei bis zu 10 m/min Anlagengeschwindigkeit. Das Endprodukt erreicht dabei einen Faservolumenanteil von 60 % und eine Bändchenbreite im doublierten Zustand von bis zu einem Zoll, aufgewickelt als Scheibenspule.
Beide Anlagen sind im Modulprinzip aufgebaut. Im Beschichtungsmodul verfügen sie über einen Filterkreislauf, der das permanente Umwälzen, die Zufuhr von frischem Beschichtungsmedium sowie das Herausfiltern von Filamentrückständen ermöglicht.
Faserbeschichtungsanlage für Carbon / PEEK
Kontakt:
Cetex Institut gGmbH, Chemnitz
Dipl.-Wi.-Ing. Sebastian Nendel, Geschäftsführender Direktor
+49 371 52 77-200
nendel@cetex.de
www.cetex.de
