ITA RWTH Aachen University lanceert vezelcoatinglijn, koolstofvezelonderzoek

Noot van de redactie:CompositesWorld ontving verschillende nieuwe product- en technologieaankondigingen voorafgaand aan JEC World 2020, dat was gepland voor 3-5 maart. Hoewel die tentoonstelling werd uitgesteld tot mei, publiceert CW nu de aankondigingen die we hebben ontvangen. Dit is er een van.

Het Institut für Textiltechnik van de RWTH Aachen University (ITA, Aken, Duitsland) presenteert innovaties in de productie van glas en koolstofvezel op de gezamenlijke stand van het Aachen Center for Integrative Lightweight Construction.

Live demonstraties van multi-vezel coatingsysteem

Live op de stand demonstreert ITA hoe haar multi-materiaal vezelcoatinglijn rovings van verschillende materialen coat of impregneert, en sleeppregs produceert, ook bekend als voorgeïmpregneerde rovings, van thermoplasten en koolstofvezels. Towpregs kunnen worden verwerkt door te wikkelen of te vlechten. Voorbeelden van gebruik zijn in aandrijfassen in de auto- of ruimtevaartindustrie.

Het systeem, zegt ITA, heeft een breed scala aan toepassingen en maakt een snelle output mogelijk. Met een maximale verwerkingstemperatuur van 400 °C kunnen thermoplastische kunststoffen op hoge temperatuur worden verwerkt en snel worden getest met een verscheidenheid aan materialen op laboratoriumschaal. De huidige productiesnelheden zijn 5 m/min, afhankelijk van het gebruikte materiaal en de configuratie van het systeem, en ITA zegt dat opschaling naar industriële schaal mogelijk is. De fabriek kan thermoharders en thermoplasten verwerken.

Met deze lijn kunnen sleeppregs met cirkelvormige doorsneden tot 5 mm in diameter en bandachtige geometrieën tot 20 mm breed worden geproduceerd met een productiesnelheid van 5 m/min, afhankelijk van het gebruikte materiaal en de configuratie van de lijn.

Onderzoek naar koolstofvezelproductie

Daarnaast toont ITA haar productie van koolstofvezels, een van haar belangrijkste onderzoeksgebieden. ITA heeft een continue fabriek voor de productie van koolstofvezel op proefschaal met een productiecapaciteit van minder dan één ton per jaar. Vanwege de relatief kleine omvang en de resulterende lage materiaalinput, is de fabriek bij uitstek geschikt voor de ontwikkeling van nieuwe stabilisatie- en carbonisatieprofielen en het testen van nieuwe vezelmaten, zegt ITA.

Het huidige hoofddoel van onderzoek naar de productie van koolstofvezel is het verkorten van de stabilisatietijd van aanvankelijk 50 minuten tot ongeveer 21 minuten. De resulterende vezels zijn op het niveau van een Toray T700 koolstofvezel.

Een andere benadering om de kosten van koolstofvezels te verlagen is het gebruik van alternatieve grondstoffen zoals polyethyleen (PE). Dit kan de koolstofvezelprijs met ongeveer 50% verlagen, zegt ITA. Dankzij de bestaande spin- en sulfoneringsfabrieken is ITA een van de toonaangevende onderzoeksinstituten die zich bezighouden met de productie van kosteneffectieve koolstofvezels op basis van polyolefinen.

Textieltechnologie en fotonica

Met koolstofvezel versterkte (CFRP) componenten worden vaak geassembleerd door bevestigingsmiddelen die in het uitgeharde en geboorde CFRP-onderdeel worden gelijmd. Volgens ITA kunnen de integratie van de bevestigingsmiddelen in een textielvoorvorm en een extra uithardingsproces om de uiteindelijke CFRP-component te produceren, de productieketens verkorten en de prestatie van de verbinding met ten minste 50% verhogen. Dit vereist zeer nauwkeurige uitsnijdingen in het textiel voor de sluitingen.

In het NRW-gebaseerde project CarboLase, gefinancierd door OP.EFRE, wordt lasermateriaalverwerking voor het eerst geïntegreerd in een geautomatiseerd voorvormproces. Nieuw in het proces is het gebruik van de materiaalvriendelijke ultrakort gepulseerde laser, die het textiel verwerkt zonder het thermisch te beschadigen.

Door de technologieën te combineren in een flexibele robotcel, is just-in-time productie van CFRP-componenten met geïntegreerde bevestigingsmiddelen nu mogelijk, onafhankelijk van de geometrie van de componenten en de batchgrootte. Met de nieuwe procesketen werden demonstrators volautomatisch geproduceerd. Een demonstrator in de vorm van een B-stijlsegment met geïntegreerde bevestigingen wordt getoond in de volgende afbeelding.

Deze technologie is ontwikkeld door het Institut für Textiltechnik van de RWTH Aachen University, kortweg ITA, in samenwerking met haar partners AMPHOS GmbH, Kohlhage Fasteners GmbH &Co. KG, LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH en het Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT.

Supersnelle prepreg-filamentwikkeling

ITA werkt met veel industrieën samen op het gebied van filamentwikkeltechnologie, waaronder de nieuwe multifilamentwikkeltechnologie. Het belangrijkste voordeel van deze methode, zegt ITA, is dat veel vezels (faciliteit bij ITA met 48 vezels) tegelijkertijd kunnen worden gewikkeld, waardoor de verwerkingssnelheid met een factor 50 wordt verhoogd en een dekking van 100% in één keer mogelijk is.

De werksnelheid is verder verhoogd met de ontwikkeling van hoogwaardige prepregs via het ZIM-project MFWOptiPreg met het bedrijf F.A. Kümpers GmbH &Co. KG. De geoptimaliseerde tack (kleverigheid) en vezelbreuk, hoge wikkelsnelheden en kwaliteitsproducten kunnen worden bereikt. Het opwinden van filamenten heeft het voordeel dat de vezels in de gewenste richting worden georiënteerd (0°≤θ<90°).

Als voorbeeld voor kwaliteitsproducten zijn deze prepregs getest voor de productie van drukvaten en torsieassen, zegt ITA. De ontwikkelde prepreg is al op de markt verkrijgbaar.