Innovatives One-shot-Weben von dreidimensionalen Textilien
Bei modernen Polymerkompositen wie etwa verstärkten Kunststoffen treten das geringe Gewicht und die niedrigen Kosten einer Polymermatrix in Kombination mit den überragenden Eigenschaften der in diese eingebetteten Verstärkungsfasern auf. Werden diese Fasern zu Geweben gewebt, sind noch mehr Vorteile zu erwarten. Eine weitverbreitete kommerzielle Anwendung wurde bisher jedoch vor allem durch die Schwierigkeiten bei der Verarbeitung und die dabei auftretenden hohen Kosten verhindert. Das Projekt 3D-LIGHTTRANS (Large scale manufacturing technology for high-performance lightweight 3D multifunctional composites) hat diese Barrieren überwunden. Die Forschenden entwickelten und erprobten ein neues Konzept für mehrschichtige Gewebe und außerdem für quergewebte Abstandsgewirke. Die Produktionsmaschinen wurden für das mehrschichtige Gewebe oder das jeweilige neu entwickelte Abstandsgewebe eingerichtet, so dass verzahnt gewebte Abstandsgewirke und zelluläre textile Strukturen in einem einzigen Schritt hergestellt werden können. Man kombinierte das mit der Befähigung zur automatischen Tiefendrapierung und -fixierung von dicken mehrschichtigen Geweben in komplexen 3D-Geometrien. 3D-LIGHTTRANS zielte über die Luftfahrt hinaus auf die Bereiche Verkehr/Transport, Gesundheit, Energie, Freizeit und andere wichtige Sektoren ab. Das Hybridgarn ist eine Kombination aus Glasverstärkung mit Matrixfasern aus Thermoplasten in einem einzigen Garn. Die Forscher setzten bei seiner Herstellung aufgrund seines guten Imprägnierverhaltens das Luftvermengungsverfahren (air mingling) ein. Der Prozess wurde optimiert, um bei einer Vielzahl von Matrixmaterialien die Wiederholbarkeit und die Leistungsfähigkeit mit verschiedenen Glas-/Polymer-Mischungsverhältnissen zu maximieren. Die Verteilung von thermoplastischen Filamenten und Glasfasern ist sehr homogen, während die Abrasion des Garns während des Webens minimal gehalten wird. Eine Verstärkung des Gewebes führt zu höherer Leistung, Steuerbarkeit von Eigenschaften und Flexibilität zur Anwenderanpassung. Das Drapieren des lokal vorfixierten Gewebes zur gewünschten endgültigen dreidimensionalen Form wird automatisch ausgeführt. Insbesondere ist eine spezielle Drapiervorrichtung an einem Roboter angebracht, der dafür programmiert ist, einem vorgegebenen Weg zu folgen, während das Gewebe durch Klemmeinrichtungen festgehalten wird. Ein Kraftsteuerungssystem erleichtert die Wegprogrammierung und gewährleistet eine konstante Drapierkraft des Gewebes in Richtung des Werkzeugs. Der Einsatz leichter Materialien könnte deutliche Einsparungen im Kraftstoffverbrauch und somit sowohl finanzielle Vorteile für den Verbraucher als auch reduzierte Kohlendioxidemissionen ergeben. Mit der vollautomatischen Produktion sinken die Fertigungszeiten und -kosten, was letztlich wettbewerbsfähigere EU-Hersteller bedeutet.
Schlüsselbegriffe
3D-Textilien, Hybridgarn, Textilweberei, mehrschichtiges Gewebe, Abstandsgewebe, Abstandsgewirke, thermoplastische Verbundwerkstoffe, thermoplastische Komposite, 3D-LIGHTTRANS, Fertigung
