Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Faser-Metall-Laminaten aus Hybridtextilien

Künftig wird im Leichtbau eine Hybridisierung im Fokus stehen, bei der der richtige Werkstoff am richtigen Ort für den richtigen Preis verwendet wird. Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Herstellung und Untersuchung einer Kombination von Metall und faserverstärkten Kunststoffen, den sogenannten Faser-Metall-Laminaten (FML). Die Kombination der Werkstoffe ermöglicht die Nachteile der Einzelwerkstoffe weitestgehend zu beseitigen.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die Möglichkeit einer kostengünstigen Fertigung von FML mittels Infusionstechnologie unter besonderer Berücksichtigung von textilen Aspekten nachzuweisen und Potentiale für Anwendung – insbesondere durch KMU – in verschiedenen, z.T. kostensensitiven Industrien aufzuzeigen.

Zunächst wird untersucht, wie metallische Folien in ein textiles Halbzeug eingebracht werden können und welche Eigenschaftsänderungen dies im Hinblick auf die Konfektionierung hervorruft. Anschließend erfolgen Untersuchungen, welchen Einfluss die metallischen Verstärkungen auf das Infusionsverhalten des Materials haben. Insbesondere durchgehende Folien verhindern eine Durchtränkung in Dickenrichtung. Daher müssen neue Infusionsstrategien entwickelt werden, die eine lokale oder flächige Perforierung der Folie beinhalten. Die unterschiedlichen Strategien werden auf ihre Eigenschaften untersucht, um einen robusten Fertigungsprozess für qualitativ hochwertige Bauteile zu ermöglichen. Abschließend werden verschiedene Demonstratoren getestet, um die Eigenschaften der FML zu validieren und zu demonstrieren. Hier werden besonders die Schlageigenschaften geprüft.

Die Projektergebnisse ermöglichen insbesondere KMU den Aufbau von Alleinstellungsmerkmalen und somit eine Stärkung der deutschen Textil- und Kunststoffindustrie durch die Bereitstellung von Prozess- und Materialwissen zur Fertigung von innovativen Faser-Metall-Laminaten und Hybridstrukturen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde ein neuartiges, wirtschaftliches Herstellungsverfahren zur Fertigung von Faser-Metall-Laminaten (FML) aus Hybridtextilien im Infusionsverfahren als Alternative zur Herstellung im Autoklaven entwickelt. FML bestehen aus einem schichtweisen Aufbau aus Faserverstärkten Kunststoffen und Metallfolien und weisen Vorteile gegenüber monolitischen Werkstoffen wie eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, eine hohe Schlagbeständigkeit und eine hohe Risszähigkeit auf. Aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften eigenen sich FML für den Einsatz in schlagbelasteten Strukturen wie Seitenwänden von Luftfrachtcontainern Nutzfahrzeugen oder Crash-Strukturen im Automobil. Das entwickelte Fertigungsverfahren ermöglicht die Herstellung von FML aus trockenen Hybridhalbzeugen mithilfe des Vakuuminfusionsverfahrens, einem Standardverfahren zur Herstellung von Faserverbundstrukturen, das vorwiegend im Yachtbau und der Windindustrie eingesetzt wird. Die Hybridisierung erfolgt bereits im trockenen Textil. Textile und metallische Lagen werden zu einem formstabilen und damit einfach zu handhabenden Halbzeug vernäht. Die zur Durchführung des Nähfadens notwendigen Perforationen in den Metallfolien ermöglichen die Durchtränkung mit der Matrix im Infusionsverfahren. Die Naht stabilisiert die Anbindung der Lagen und bewirkt eine Erhöhung der Out-of-Plane Eigenschaften der Laminate. Im Rahmen von Laboruntersuchungen wurden die Einflüsse der Nähparameter auf die Verarbeitung in nachfolgenden Prozessschritten sowie auf die Laminateigenschaften und die Wechselwirkungen der einzelnen Parameter untersucht. Die Ergebnisse können als Basis für weitere Prozess- und Strukturentwicklungen genutzt werden.