Die wachsende Bedeutung von Hybrid-Preforms für den Leichtbau

Im letzten Blogbeitrag haben wir über die wachsende Bedeutung von Faserverbundwerkstoffen gesprochen. Die wichtigen Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Composite-Technologien Hersteller von Web-, Strick- und Stickmaschinen forschen verstärkt nach neuen Technologien, um Autos, Flugzeuge und Windkraftanlagen noch leichter zu bauen. Eine zunehmend große Rolle spielen dabei die Hybrid-Preforms. 

Eine der maschinenbaulichen Innovationen ist eine Stickmaschine von Tajima, die kraftflussoptimierte Prepregs herstellen kann. Dabei setzt das maßgeblich an der Entwicklung beteiligte Faserinstitut Bremen auf die Verarbeitung von hochwertigen Carbonfasern. Diese werden zu endkonturnahen Preforms auf ein preiswertes Trägermaterial gestickt, wobei nahezu kein produktionsbedingter Carbonfaserabfall entsteht. Mehr noch: Die hoch zugfesten Carbonfasern folgen exakt den durch das Bauteil fließenden Kraftlinien, während ein zweiter kostengünstigerer Typ von Verstärkungsfasern in weniger stark beanspruchten Bereichen für ausreichende Festigkeit sorgt.

So jung die Technik der Hybrid-Preforms noch ist, bereits jetzt kündigt sich deren Weiterentwicklung an: die Tow Placement Technologie, bei der die Kohlenstofffasern als ‚Zugseile‘ dienen, während thermoplastische PEEK-Fasern mit einer Nanobeschichtung aus Eisenerz als Bindefäden die vollständig ohne Heftfäden auskommende 2D- oder 3D-Form stabilisieren. Dazu werden die PEEK-Fasern von einem Roboterarm zwei- oder dreidimensional gelegt und unmittelbar vor dem Ablegen von einer Induktionseinheit erwärmt. Die nanoskaligen Eisenoxidpartikel heizen also indirekt die PEEK-Rovings auf, so dass diese frei geformt werden können. Auf diese Weise entstehen endkonturnahe Preforms, die abschließend im Thermoformverfahren oder als Struktureinleger auf Spritzgießmaschinen weiterverarbeitet werden können. Selbst lokale Aufdickungen lassen sich mit dieser Technik an stark beanspruchten Stellen realisieren – sogar ohne Limitierungen hinsichtlich der Lagenzahl.

Bild: Teure Fasern werden kraftflussoptimiert angeordnet und sparsam eingesetzt – auch in Kombination mit anderen Fasertypen, wie zum Beispiel dreidimensional platzier- und fixierbaren Hybridfasern mit induktiv aktivierbarer Nanoferrit-Oberfläche. Copyright: Tajima