Von der Faseraufbereitung bis zur Composite-Zurückführung erforscht das Sächsische Textilforschungsinstitut (STFI) in mehreren Projekten textile Technologien für Hochleistungsfasern mit endlicher Länge, um leistungsfähige Halbzeuge aus Sekundärwerkstoffen für die Industrie bereitzustellen.
Faserwerkstoffe aus sekundären Kreisläufen, wie zum Beispiel recycelte Kohlenstofffasern (rCF) aber auch Naturfasern (NF), weisen in der Regel eine endliche Faserlänge auf, was zu einem reduzierten Eigenschaftsprofil in Verbundstrukturen führt. Anders als Polymerfasern lassen sich diese Werkstoffe nicht einschmelzen und zu neuen Endlosfasern verarbeiten.
Andererseits gewinnen sowohl rCF als auch NF im Sinne nachhaltiger Werkstoffe und geschlossener Materialströme immer mehr an Bedeutung, was eine Weiterentwicklung bestehender Technologien für leistungsfähige Textilstrukturen notwendig macht.
Mehr durch weniger
Im Bereich der Faseraufbereitung von Naturfasern forscht das STFI im Rahmen des Projektes HOTHEMP an der Steigerung der mechanischen Eigenschaften von Hanfbastlaminaten durch chemisch-thermische Reduzierung des Anteils an biologischer Matrix. Der Lignin-Anteil im Hanfbast wird reduziert, um das Leistungspotenzial der Hanffasern optimal auszunutzen. Die Weiterverarbeitung der bis zu 3 m langen Fasern erfolgt am Institut mittels Kettenwirkmaschinen
zu Kettengewirken. So können mechanische Kennwerte im Bereich konventioneller
GFK-Laminate erzielt werden.
In der Luftfahrt stellen die hohen Anforderungen an den Brandschutz eine Hürde für den Einsatz von NFK dar. Aktuelle Entwicklungen wie beispielsweise im Rahmen des Forschungsprojektes LUFTIFLEX zeigen, dass nur eine Kombination aus brandgeschützter Faser und brandhemmender Matrix die Anforderungen an flexible Laminatstrukturen in der Luftfahrt erfüllen kann.
REM-Aufnahme einer behandelten Hanfbastfaser mit geringem Ligninanteil (© STFI)
HIOS-Demonstrator mit integriertem Z-Holm aus rC- und PPS-Fasern (© STFI)
Fördern durch fordern
Das Leistungsniveau von rCF-Textilien in Verbundwerkstoffen nimmt deutlich zu, da das Interesse an der Nutzung von eigenen Abfallströmen steigt.
Im Projekt HIOS konnten erstmals beim kontinuierlichen Intervallheißpressen über die Breite dickenvariable Organobleche aus rC- und PPS-Fasern hergestellt werden, die durch lokale Funktionalisierungen, bestehend aus TFP- und AFP-Strukturen, zusätzlich modifiziert wurden. So konnte der Faservolumengehalt von maximal 30 % in vliesstoffbasierten Laminaten lokal erhöht werden. Die Bauteildemonstration mittels zweistufigem Thermoformprozess erfolgte
an einer Störklappen-Box-Struktur mit integriertem Z-Holm.
Im Projekt HIPER konnte durch die Nutzung eines Streckwerkes die Faserausrichtung in den textilen Halbzeugen deutlich gesteigert werden. Dies führte zu einer signifikanten Erhöhung des Faservolumengehaltes auf mehr als 40 %, was einhergeht mit deutlich höheren Steifig- und Festigkeiten im Verbundwerkstoff. Die Forschenden am STFI arbeiten an der nächsten Weiterentwicklungsstufe, die als Ziel einen Faservolumengehalt von 50 % rCF definiert. So sollen neue Einsatzbereiche in der Luftfahrt und im Energiebereich eröffnet werden.
HIPER-Halbzeug aus rCF mit hoher Faserausrichtung (© STFI)
Bereit für Neues
Das STFI steht als kompetenter und weltweit führender Entwicklungspartner für die Nutzung von Rezyklatfasern insbesondere für Verbundanwendung zur Verfügung. Semindustrielle Anlagenkapazitäten ermöglichen dabei von der Bemusterung bis zur Null-Serie einen schnellen Transfer in industrielle Prozesse.
Kontakt:
Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V. (STFI)
Christopher Albe, Leitung rCF & Faserverbundstoffe
Tel.: +49 371 52 74-241
E-Mail: christopher.albe@stfi.de
www.stfi.de
