RWTH Aachen ITA onthult geavanceerde vezel-coating lijn en koolstofvezelsonderzoek

Redacteur's noot: CompositesWorld ontving diverse nieuwe product- en technologieaankondigingen voor JEC World 2020, oorspronkelijk gepland voor 3-5 maart. Hoewel die tentoonstelling uitgesteld is naar mei, publiceert CW nu de aankondigingen die we ontvingen. Dit is er een van.

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

Live demonstraties van multi-vezel coating systeem

Live op de stand demonstreert ITA hoe de multi-materiaal vezel coating lijn rovingen van diverse materialen coat of impregneert, producerend towpregs, ook bekend als pre-impregneerde rovingen, van thermoplasten en koolstofvezels. Towpregs kunnen verwerkt worden door wikkelen of vachten. Toepassingsvoorbeelden omvatten aandrijfas in de auto- of luchtvaartindustrie.

Het systeem, aldus ITA, heeft een brede toepassingsbereik en stelt een snelle output toe. Met een maximale verwerkingstemperatuur van 400°C, stelt het ook hoge-temperatuur thermoplasten toe te verwerken, en snel te testen 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 opschaling naar industriële schaal is mogelijk. De installatie kan thermohardende en thermoplastische materialen verwerken.

Met deze lijn kunnen towpregs met cirkelvormige dwarsdoorsnedes tot 5 mm diameter en lint-achtige geometrieën tot 20 mm breedte geproduceerd worden met een productiesnelheid van 5 m/min, afhankelijk van het gebruikte materiaal en de configuratie van de lijn.

Koolstofvezelproductieonderzoek

Daarnaast toont ITA de productie van koolvezels, een van de kernonderzoeksgebieden. ITA heeft een continue pilot-schaal koolstofvezelproductieinstallatie met een productiecapaciteit van minder dan één ton per jaar. Vanwege de relatief kleine omvang en de resulterende lage materiaalinvoer, is de installatie ideaal geschikt voor de ontwikkeling van nieuwe stabilisatie- en carbonisatieprofielen en het testen van nieuwe vezelsizings, aldus ITA.

Het huidige hoofddoel van onderzoek in koolstofvezelproductie is de stabilisatietijd te verkorten van een initiële 50 minuten naar ongeveer 21 minuten. De resulterende vezels zijn op het niveau van een Toray T700 koolstofvezel.

Een andere benadering om de kosten van koolvezels te verlagen is het gebruik van alternatieve grondstoffen zoals polyethyleen (PE). Dit kan de koolstofvezelprijs met ongeveer 50% verlagen, aldus ITA. Vanwege de bestaande spinnen sulfonatie-installaties is ITA een van de toonaangevende onderzoeksinstituten die zich bezighoudt met de productie van kosteneffectieve koolvezels gebaseerd op polyolefinen.

Textieltechnologie en photonica

Koolstofvezel-versterkte (CFRP) componenten worden vaak gemonteerd door bevestigingsmiddelen die in het uitgeharde en geboorde CFRP-onderdeel gelijmd worden. Volgens ITA kan de integratie van de bevestigingsmiddelen in een textiel preform en een additioneel uithardingsproces om de finale CFRP-component te produceren, de productieprocesketens verkorten en de prestaties van de verbinding met ten minste 50% verhogen. Dit vereist hoge-precisie uittredingen in het textiel voor de bevestigingsmiddelen.

In het NRW-gebaseerde project CarboLase, gefinancierd door OP.EFRE, is laser materialverwerking voor de eerste keer geïntegreerd in een geautomatiseerd preformingproces. Een nieuwheid in het proces is het gebruik van de materiaalvriendelijke ultrakorte gepulste laser, die de textielen verwerkt zonder ze thermisch te beschadigen.

Door de technologieën in een flexibele robottecel te combineren, is just-in-time productie van CFRP-componenten met geïntegreerde bevestigingsmiddelen nu mogelijk, onafhankelijk van componentgeometrie en batchgrootte. Een demonstrator in de vorm van een B-pilarsegment met geïntegreerde bevestigingsmiddelen wordt getoond.

Deze technologie is ontwikkeld door het Institut für Textiltechnik van RWTH Aachen Universiteit, ITA in samenwerking met partners AMPHOS GmbH, Kohlhage Fasteners GmbH & Co. KG, LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH en het Fraunhofer Instituut voor Laser Technologie ILT.

Hoge-snelheid prepreg filament winding

ITA werkt met veel industrieën aan filament winding technologie, inclusief de nieuwe multi-filament winding technologie. Het hoofdvoordeel van deze methode, aldus ITA, is dat veel vezels (faciliteit bij ITA met 48 vezels) simultaan gewikkeld kunnen worden, wat de verwerkingssnelheid met een factor 50 verhoogt en 100% dekking in een enkele pas mogelijk maakt.

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

Als voorbeeld voor kwaliteitsproducten, zijn deze prepregs getest voor drukvat- en torsieasfabricage, aldus ITA. De ontwikkelde prepreg is al op de markt beschikbaar.