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Textile Innovationen durch maßgeschneiderte Carbonfasern

Eine Möglichkeit, Carbonfasern zu verarbeiten, ist die Herstellung von sogenannten textilen Preforms, die als Vorstufe bei der Fertigung von CFK-Bauteilen benötigt werden. Als textiles Preformverfahren hat sich die sogenannte Umflechttechnik zur Herstellung von komplex geformten, profilförmigen Preforms bewährt. Bei der Umflechttechnik werden die Rovings (Faserbündel) direkt auf einen der Endkontur entsprechenden Kern aufgeflochten und die so entstandene Preform wird anschließend mit Harz bearbeitet und ausgehärtet. Die Technik hat sich in den letzten Jahren so weit entwickelt, dass die Fertigung von Bauteilen für hochpreisige Kleinserien wirtschaftlich möglich ist. Allerdings können mit dieser Technologie ausschließlich teure, auf dem Markt verfügbare Rovings von 1K, 3K, 6K, 12K und 24K (1K entspricht 1000 Einzelfilamenten) verarbeitet werden. Die Nutzung von kostengünstigen 50K Rovings (1K entspricht 1000 Einzelfilamenten) sowie daraus hergestellter kostengünstiger Zwischengrößen konnte bisher noch nicht realisiert werden. Eine kostengünstige Herstellung von größeren Stückzahlen ist aktuell nicht möglich und aufgrund der Begrenzung der verfügbaren Rovings die Wandstärken der Preforms eingeschränkt.

Ziel des Vorhabens ist es daher, maßgeschneiderte Carbonfaserrovings aus kostengünstigen 50K Fasern herzustellen, die kommerziell noch nicht verfügbar sind. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen innerhalb des Vorhabens eine an 50K Fasern angepasste Spreiztechnik, ein Schneid- und Spulensystem sowie ein nachgeschalteter textiler Zwirnprozess entwickelt werden. Das Einsatzpotenzial der neuen Rovings soll am Beispiel der Umflechttechnik untersucht und zusätzlich im Hinblick auf den Webprozess bewertet werden. Zu jedem Prozessschritt werden Materialkennwerte ermittelt und Verarbeitungseigenschaften geprüft.

Abbildung: Prinzip der Umflechttechnologie

Durch die Entwicklung von maßgeschneiderten Carbonfaserrovings aus 50K Fasern sollen zukünftig neue kostengünstige Ausgangsmaterialien für die Herstellung von textilen Preforms zur Verfügung stehen. Diese sollen im Erfolgsfall durch die verbesserte Wirtschaftlichkeit zu einer höheren Marktdurchdringung von CFK-Bauteilen beitragen. Das Vorhaben stärkt die Innovationskraft der beteiligten drei KMU sowie des MAI Carbon Clusters, wodurch langfristig die Wettbewerbsfähigkeit der MAI-Region erhöht und Arbeitsplätze am Standort Deutschland gesichert werden.