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Gestickte Verstärkungen für Struktur-Verbundwerkstoffe

Vom Konstruktionswesen bis zur Medizin hat sich die Textiltechnologie-Forschung immer mehr Anwendungsbereiche erschlossen. Eine Innovation macht es jetzt möglich, die zum Sticken angewandte Nähtechnologie auch zur kosteneffektiven Herstellung von Faserverbundwerkstoffen für Maschinenstrukturen und chirurgische Implantate einzusetzen.
Gestickte Verstärkungen für Struktur-Verbundwerkstoffe
Faserverbundwerkstoffe auf der Basis von Matrizen werden zunehmend in vielen industriellen und medizinischen Anwendungen eingesetzt. Was letztere betrifft, erleichtern die jetzt in der Stickereitechnologie erzielten Fortschritte die Herstellung medizinischer Implantate, die nicht mehr den nachteiligen Restriktionen der bisherigen zum Sticken eingesetzten Nähverfahren – Größenbeschränkungen, strukturelle Instabilität und unzureichende Gleichförmigkeit - unterliegen. Die Technologie bietet mehr Möglichkeiten zur Bearbeitung von Implantaten. Beispielsweise kann im Fall von Bauchaortenaneurysmen das Lumen in einer Schleife verlegt oder verdreht werden, ohne dass es zu einem strukturellen Einbrechen oder einer Blockierung kommt. Überdies gestattet der Nähvorgang jetzt auch eine individuelle Gestaltung von Implantaten ganz nach den speziellen Bedürfnissen des Patienten und bietet neben hoher spezifischer Steifigkeit auch eine exzellente Ermüdungsbeständigkeit.

Diese Sticktechniken erlauben die Herstellung von hochgradig schlagfesten Multi-Angle-Fasern. Möglich ist auch die Integration von Fixierungsnetzen unterschiedlicher Orientierung zur Herstellung chirurgischer Nähte. Die verstärkten Strukturen können zudem bioaktive Materialien beinhalten, so z.B. Wirkstoff-Releaser, Wachstumsförderer und Antibiotika, um nur einige zu nennen. Durch Nutzung einer Vielzahl von konventionellen biokompatiblen Materialien, die ohne menschlichen Eingriff in die Implantate eingesetzt werden, sind sie in der Chirurgie weithin akzeptiert.

Mit Unterstützung gängiger CAD-CAM-Techniken ermöglicht die Stickerei eine jeweils optimale Faserarchitektur, die sich durch exzellente Flexibilität und strukturelle Stabilität auszeichnet. Solche flexiblen Muster können die lokale Stabilität und Steifigkeit verbessern und gleichzeitig die Kosten auf ein Minimum senken, die mit den derzeit gängigen Sticktechniken und dem hohen Verschnittanteil an Rohmaterial verbunden sind. In einem aktuellen Testprojekt namens MASCET wurden zwei Sticktechniken (das Cornely- und das Schiffli-Verfahren) untersucht, wobei sich herausstellte, dass die Ergebnisse unter Anwendung dieser technologischen Neuerung mit kommerziell verfügbaren Verstärkungsgeweben vergleichbar waren.

Als eine Alternative zu herkömmlichen Fasertechnologien wies die experimentelle Studie nach, dass sich die neuen Sticktechniken zur Herstellung von hochfesten Verstärkungsfasern in annähernd netzförmigen Vorformen eignen, und das zu geringen Kosten. In der Studie wurden sowohl die zum Sticken verwendeten Materialien als auch die Prozessvariablen und die Architektur der Verstärkung für Vorformelemente (Patches) und annähernd netzförmige Vorformen berücksichtigt. Als Ergebnis wurden verschiedene gestickte textile Vorformen für Verbundwerkstoffe hergestellt, die mit konventionellen Geweben vergleichbar sind.

Ein weiterer Aspekt der Sticktechnologie ist die Durchsticktechnik, bei der es sich um ein Verfahren zur Minimierung der Separation der Schichten handelt, die die wesentlichen Bestandteile vieler textilverstärkter Verbundwerkstoffe bilden. Wenn das Fertigteil schweren Schlagbelastungen ausgesetzt wird, besteht die Gefahr, dass sich die Schichten voneinander lösen, was zum Versagen des Verbundwerkstoffs führt. Die "Durchsticktechnik" ist ein schnelles, flexibles und wirtschaftliches dreidimensionales Verfahren zur Verbesserung der Schlagfestigkeit sowohl von Duroplast- als auch Thermoplastmatrizen. Erwähnenswert ist auch, dass dieses Verfahren bei vielen Liquid-Moulding-Techniken wie etwa dem Harzinjektionsverfahren anwendbar ist.
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