Verstärkung von Textilverbundwerkstoffen
Hohe Festigkeit und Steifigkeit gepaart mit geringem Gewicht gehören zu den Eigenschaften von in der Luftfahrt verwendeten Komponenten, was sie besonders für verstärkte Verbundwerkstoffe interessant macht. Die Struktur solcher Verbundwerkstoffe verfügt über eine faserförmige Matrix, die bei geringer Dichte mehr Festigkeit mit sich bringt. Üblicherweise gehörte Glasfaser (auch als glasfaserverstärktes Polymer, GFRP, bezeichnet) zur ersten Wahl der Luftfahrttechnologie. Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Verwendung von GFRPs haben die Aufmerksamkeit auf natürliche faser- und textilverstärkte Verbundwerkstoffe gelenkt. Die dreidimensionale (3D) Faser-Textil-Verstärkung von Polymer-Verbundwerkstoffen ist ein relativ neues Verfahren und zeigt zahlreiche Eigenschaften auf, die den konventionellen 2D-Strukturen überlegen sind. Dennoch verhindern verschiedene Aspekte eine stärkere Nutzung der 3D-Verstärkung mit Fasern und Textilien. Es mangelt zum Beispiel an einem passenden Design- und Analyse-Tool. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, riefen europäische Wissenschaftler das Projekt "Integrated tool for simulation of textile composites" (ITOOL) ins Leben. Die Forscher wendeten einen mehrstufigen Ansatz an und integrierten eine Simulation der Eigenschaften und des Verhaltens der Mikro-, Meso- und Makrostruktur. Die beurteilten 3D-Faserstrukturen wurden durch Weben, Flechten und Nähen angefertigt. Das Projekt ITOOL war dazu ausgelegt, die Simulation der gesamten Herstellungs- und Verarbeitungskette zu beinhalten und eine ausführliche Analyse der mechanischen Leistungsfähigkeit des Produkts, einschließlich des Verhaltens im Falle von Materialversagen, Schäden und hohen Dehngeschwindigkeiten zu ermöglichen. Das ITOOL-Team erkannte grundlegende Strukturelemente und Herstellungsmethoden, die zum Entwurf von Gestaltungsrichtlinien und -vorgaben beigetragen haben. Insgesamt stellte sich das ITOOL-Projekt als ein kosteneffektives Entwicklungs- und Analysewerkzeug heraus, das auf die 3D-Textilverstärkung von Polymeren für die Luftfahrtindustrie ausgerichtet war. Die kommerzielle Nutzung des Projekts sollte dazu beitragen, das die Nutzung des Vorformens (Preforming) von Textilien für Verbundwerkstoffe verbessert wird und möglicherweise ein erheblicher Teil des erforderlichen Testaufwands eingespart wird und neue Produktvorlaufzeiten geboten werden.
