Analyse der Verformungsmechanismen von Geweben auf Basis von rCF-Stapelfasergarnen für duroplastische Verbundanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Chokri Cherif; Dr. Thomas Gereke
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442070201

Verbundkonstruktionen bieten besondere Vorteile für komplexe schalenförmige Bauteile, die in integraler Bauweise hergestellt werden. Textile Verstärkungsstrukturen bieten eine gute Balance zwischen der einfachen Herstellung von Preformen direkt in Form von 2D- und 3D-Endbauteilen und dem Potential die Material- und Bauteileigenschaften zu gestalten (im Gegensatz zu isotropen Baustoffen), z.B. durch eine präzise Ausrichtung der Fasern in Belastungsrichtung. Aufgrund der aktuellen Megatrends in den Bereichen Materialeffizienz, Elektromobilität und CO2-Reduktion sowie der anhaltenden Nachfrage nach höchster Performance nimmt der Einsatz von faserverstärkten Verbundwerkstoffen, insbesondere kohlefaserverstärkten Polymeren, in verschiedenen Branchen stetig zu. Mit dem zunehmenden Einsatz von Kohlenstofffasern (CF) ist die Entsorgung von CF-Abfall und Alt-Verbundteilen zu einem großen Problem geworden. Da die Herstellung von CF zudem extrem energie- und kostenintensiv ist, ist die Rückgewinnung von hochwertiger recycelter Kohlenstofffaser (rCF) und deren Einführung in einen zweiten Lebenszyklus ökologisch und ökonomisch sinnvoll.Ziel des Forschungsprojektes ist die numerisch-experimentelle Analyse der Verformungsmechanismen von Garnen und Geweben auf Basis von rCF-Stapelfasern für duroplastische Verbundanwendungen. Zu diesem Zweck sind fundierte Untersuchungen zur Entwicklung von Garnen mit hoher Gleichmäßigkeit und definierten mechanischen Eigenschaften aus dem Bereich der rCF-Stapelfasern, insbesondere mit definiertem, reproduzierbarem Kraft-Dehnungs-Verhalten, durchzuführen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird in diesem Projekt ein neuer Ansatz verfolgt, indem Hilfsstapelfasern mit <=10 Gew.-% verwendet werden, um eine signifikante Verschlechterung der Verbundeigenschaften zu vermeiden. Es wird ein höchstmöglicher rCF-Gehalt für das zu entwickelnde Garn (mindestens 90 Gew.-% rCF) angestrebt, um eine maximale mechanische Leistung zu erreichen. Mit Hilfe von Umwinde- und DREF-Friktionsspinnverfahren werden verschiedene Garnstrukturen untersucht, so dass der Einfluss der Garnstrukturen durch unterschiedliches Kraft-Dehnungs-Verhalten auf die Drapierfähigkeit der Gewebe untersucht werden kann. Für die Analyse des strukturmechanischen Verhaltens von Stapelfasergarnen und Geweben wird eine CAE-Kette basierend auf parametrisierten numerischen Modellen in verschiedenen Längenskalen aufgebaut und validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen