Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von feintitrigen Garnen aus Hochleistungsthermoplasten mit produktionsspezifischem, mechanischem und thermomechanischem Verhalten

Als Verstärkungskomponente für Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) werden oft Gelege eingesetzt, die klassischer Weise mit Näh- oder Wirkfäden abgebunden werden. Diese müssen hinsichtlich Feinheit, mechanischer Kennwerte und Schrumpfverhalten auf das Textil und den anschließenden Verarbeitungsprozess angepasst werden. Gründe dafür sind u.a. Probleme in Bezug auf Ondulationen und damit Fehlstellen im späteren Bauteil. Eine weitere Rolle spielt die Materialkompatibilität des Nähgarns bezogen auf die Verbund-Matrix. Derzeit sind produktspezifische, feintitrige Wirk- und Nähgarne für Hochleistungs-CFK nicht verfügbar. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung feintitriger Garne aus Hochleistungsthermoplasten (PEEK und PPS) mit produktspezifischem, mechanischem und thermomechanischem Verhalten. Die Eigenschaften der feintitrigen Garne werden zum einen durch neue Schmelzspinncompounds und zum anderen durch die Anpassung und Optimierung des Schmelzspinnprozesses eingestellt. Einsatzgebiete der entwickelten Garne sind Näh- oder Wirkfäden für Carbonfasergelege mit den zwei wesentlichen Aufgaben: Verstärkung in z-Richtung oder Einbindung des Garns in der Matrix – beides ohne Schädigung des Textils. Der folgende Nutzen entsteht durch das neue Material: Die Garne ermöglichen eine höhere Qualität bei Hochleistungs-CFK, dies wirkt einer Limitierung im Einsatz dieser Werkstoffe entgegen; Die entwickelten Garne richten sich an Hersteller von technischen Garnen und Textilien (neben dem Faserverbundbereich können die Garne auch in den Bereichen Filtertechnik, Medizintechnik, Schutzkleidung und Prozessbändern eingesetzt werden); die KMUs aus den genannten Textilbereichen können mit ihrer vorhandenen Anlagentechnik ihr Produktportfolio erweitern.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung feintitriger Garne aus Hochleistungsthermoplasten mit produktspezifischem mechanischem und thermomechanischem Verhalten. Für den Hochleistungskunststoff PEEK konnten dabei 5 von 7 angestrebten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse erreicht werden:

1. Garnfeinheit ≤ 50 dtex: 50f18 und 50f36 Garne ließen sich problemlos bei der maximalen Anlagengeschwindigkeit von 900 m/min herstellen.

2. Garnfestigkeiten bei Niederschrumpf ≥ 20 cN/tex: Es wurden 26,5 cN/tex bei einem Garnschrumpf von 1,0 % erreicht

3. Garnfestigkeiten bei Hochschrumpf ≥ 50 cN/tex: Es wurden 60 – 75 cN/tex bei einem Garnschrumpf von 22 % erreicht

4. Nachweis einer kontinuierlichen Garnherstellung: Durch eine angepasste Düsengeometrie und eine auf unterschiedliche Materialviskositäten abgestimmte Prozessführung konnten für 4 entwickelte Materialsysteme Garne im industrienahen Maßstab prozesssicher hergestellt werden.

5. Nachweis der Weiterverarbeitung der optimierten Hochleistungsthermoplaste-Garnen als Nähgarn/Wirkgarn: Die Garne ließen sich auf einer industriellen Zwirnmaschine problemlos zu einer 2fach und 3fach Konstruktion verzwirnen und anschließen auf einer Industrienähmaschine, Nähroboter, TFP-Anlage und Wirkmaschine verarbeiten.

Die entwickelten Garne liegen mit sämtlichen mechanischen Eigenschaften im textiltechnisch verarbeitbaren Bereich und erfüllen auch die Kriterien an ein technisches Garn. Lediglich die im Projekt anvisierten Systemgrenzen für den Schrumpf (< 0,5 % bzw. > 50 %) konnten nicht erreicht werden. Durch die erfolgreichen Verarbeitungsversuchen bei den PBA-Mitgliedern konnte gezeigt werden, dass das Garn uneingeschränkt als Näh- und Wirkgarn in der Industrie eingesetzt werden kann. Die Anwendungsmöglichkeiten sind somit nur abhängig vom geplanten Einsatzgebiet eines möglichen Kunden.