Page 21 - ITM Jahresbericht 2021

Aktuelle Forschung – Professur für Textiltechnik

Abb. 1: Schematischer Aufbau der rCF-Hybridgarne bei der Umsetzung mit DREF-3000 Friktionsspinntechnik / Schema-
tic structure of the rCF hybrid yarns implemented with DREF-3000 friction spinning technology

Shinshu University (Forschungsstelle 1) entwickelt. (Abb. 1) aus den zwei unterschiedlichen rCF-Faser-
Der erste Schritt ist ein Karbonisierungsprozess der typen entwickelt und auf der am ITM vorhandenen
unter Inert- bzw. Schutzgasatmosphäre bei 400 °C und zur rCF-Verarbeitung modifizierten Friktions-
abläuft. Im zweiten Schritt werden unter kontrol- spinnmaschine DREF-3000 hergestellt. Der Kern der
lierten atmosphärischen Bedingungen (überhitzter Hybridgarne besteht aus zwei Komponenten:
Dampf, 400 °C) die verbleibenden Epoxidreste auf
der CF-Oberfläche entfernt. Durch diese zwei faser- • Hybridband aus rCF- und PA6-Faser
schonenden Prozessstufen werden die CF vor einem (rCF-Massenanteil 70 %)
Verlust der mechanischen Eigenschaften bewahrt.
Im dritten Schritt der Faserwiedergewinnung werden • PA 6 Filamentgarn (30 tex).
alle Reaktionsrückstände in einem Waschverfahren
mit Aceton als Batchprozess vollständig entfernt. Die Die Ummantelung der als Kern-Mantel-Struktur
wiedergewonnenen Fasern wurden in einem vierten ausgeführten Hybridgarne besteht aus einem PA6-
Schritt in einem Batch-Verfahren mit einer entwickel- Streckenband. Um ein rCF-Massenanteil von 62 %
ten Titanoxid-basierten Schlichte neu beschichtet. im Hybridgarn zu erreichen, was einem Volumenan-
teil von 50 % im späteren Verbund entspricht, wur-
Für die derartig vorbereiteten Fasern wurde am ITM de ein Massenverhältnis von 90:10 (Kern zu Mantel)
der TU Dresden (Forschungsstelle 2) eine Recycling- eingestellt. Die Feinheit der hergestellten Hybridgar-
prozesskette zur Herstellung von rCF-Hybridgar- ne beträgt 600 tex.
nen für daraus herstellbare Verstärkungshalbzeuge
sowie thermoplastischen Verbundbauteilen entwi- Die mit unterschiedlichen Garnkonstruktionen
ckelt und erfolgreich umgesetzt. Für die Entwicklung erzielbaren Verbundeigenschaften wurden durch
von rCF-Hybridgarnen wurde die Prozesskette der Zugversuche auf Basis unidirektionaler (UD) Ver-
Fadenbildungstechnik eingesetzt. Dazu wurden die bundstoffe nach DIN EN 527-4 ermittelt. Dazu wur-
die Krempel , Verstreckungs- und Spinntechnologien den rCF-Hybridgarne mittels eines Wickelrahmens
modifiziert. Zur optimalen Einstellung der Krempel- UD-Wickelrahmen verarbeitet und bei 295 °C und
anlage im Hinblick auf die Walzengeschwindigkeiten 4,2 MPa in einem 75-minütigen Zyklus im Heißpress-
und -abstände wurden umfassende Untersuchun- verfahren in rCFK überführt (vgl. Abb. 2). Die UD-Ver-
gen durchgeführt und die bestmöglichen Krem- bundplatten wurden in 250 x 25 mm² große Proben
pelparameter abgeleitet. Bei der Verarbeitung der für die Zugprüfung geschnitten. Für einen Vergleich
querkraftempfindlichen rCF an der Strecke wurden mit der Referenz aus neuem CF-Filamentgarn wurde
weitere Modifizierungen besonders bezüglich des in gleicher Weise eine UD-Verbundplatte aus CF-Fila-
Regulierungssystems durchgeführt. mentgarn und PA6-Fasern als Referenz hergestellt
und mit den zwei Hybridgarnen aus rCF-Typ 1 und
Zunächst wurden Krempelbänder aus Nylon-Fasern rCF-Typ 3 hinsichtlich der Zugfestigkeit verglichen.
(PA6, 80 mm Faserlänge) mit rCF vom Typ 1 (geschnit-
tene neue CF) und Typ 3 (solvolytisch recycliert rCF) Die hergestellten rCF-Hybridgarne wurden anschlie-
mit jeweils 100 mm Faserlänge sowie einem rCF- ßend auf einer modifizierten Flachstrickmaschine (s.
Massenanteil von 70 % auf der modifizierten Spezial- Abb. 3) zu einem 500 mm breiten rCF-Mehrlagenge-
krempelanlage umgesetzt. Die Krempelbänder wur- strick (MLG) mit zwei Verstärkungslagen (bestehend
den anschließend an der Strecke zum Streckenband aus einer 90°-Schuss- und 0°-Kettfadenlage) verar-
weiterverarbeitet. Für die Ausspinnung der Hybrid- beitet, um die textilen Verarbeitungseigenschaften
garne wurden verschiedene Kern-Mantel-Strukturen umfassend zu bewerten.

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