Ziel der Entwicklung

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Hybridrovingspule, © Cetex Institut gGmbH

Die aktuellen Verfahren zur Herstellung von Hybrid-Roving-Materialien (Commingling-Verfahren) erzeugen Hybrid-Roving-Materialien, welche qualitativ nicht den aktuellen Marktanforderungen entsprechen. Bei diesem Herstellungsverfahren entstehen vor allem Schlaufen und Faserbrüche im Hybridroving, dass die Weiterverarbeitung zu Faser-Kunststoff-Verbund (FKV)-Halbzeugen erschwert. Des Weiteren ist das Commingling-Verfahren sehr kostenintensiv, da das teure Produktionsmedium Druckluft für die Vermischung der Rovings zum Einsatz kommt. Daher ist das Ziel dieses Projektes die Entwicklung eines neuartigen Verfahrens und einer dazugehörigen neuartigen Versuchsanlage, welche die flexible Herstellung von Hybrid-Roving-Materialien in Form von Hybridrovings ermöglicht. Dabei soll die Herstellung dieser Hybridrovings auf der neuartigen Versuchsanlage kostengünstiger, effektiver und qualitativ hochwertiger erfolgen als bei dem Markt beherrschenden Commingling-Verfahren.

Vorteile und Lösungen

Aufbauend auf eine im Rahmen dieses Projektes durchgeführte umfassende Literatur- und Patentrecherche sowie die in der Cetex bereits erlangten Erfahrungen und Erkenntnisse aus vorangegangenen Projekten wurde ein Vermischungsverfahren zur Herstellung von Hybridrovings entwickelt. Gleichzeitig wurden zudem die theoretischen Berechnungsbetrachtungen für das Vermischungsprinzip herausgearbeitet, die für die Auslegung der Versuchsanlage und weiterführende wissenschaftliche Betrachtungen genutzt werden können.
Anhand der theoretischen Betrachtungen und dem erarbeiteten Vermischungsprinzip wurde eine neue Versuchsanlage zur flexiblen Herstellung von Hybrid-Roving-Materialien, den sogenannten Hybridrovings, entworfen und konstruiert. Nachdem die neu entwickelte Versuchsanlage aufgebaut war, wurden auf dieser Versuchsanlage Faserspreizversuche jeweils an einzlenen Matrixfaserrovings und Verstärkungsfaserrovings durchgeführt. Diese dienten dazu, dass Spreizverhalten von unterschiedlichen Matrixfaserrovings und Verstärkungsfaserrovings zu ermitteln bzw. zu testen. Anhand dieser Versuche konnten die Rovingmaterialien ermittelt werden, welche für die Herstellungsversuche von Hybridrovings am warscheinlichsten geeignet sind. Mit diesen ausgewählten Rovingmaterialien wurden wiederum Versuche zur Herstellung von Hybrid-Roving-Materialien in Form von Hybridrovings durchgeführt. Dabei wurde nicht nur die Kombination aus Verstärkunksfaserroving und Matrixfaserroving untersucht. Es wurden auch die Kombination aus zwei verschiedenen Verstärkungsfaserrovings und die Kombination aus zwei verschiedenen Matrixfaserrovings untersucht. Die besten Ergebnisse bei der Vermischung bzw. bei der Herstellung von Hybridrovings wurden bei der Kombination aus zwei Verstärkungsfaserrovings erzielt.
Dies ist hauptsächlich mit dem geringen Unterschied in der Dehnbarkeit sowie der geringen Anzahl an Drehungen innerhalb der Verstärkungsfaserrovings zu begründen. Daher muss bei weiterführenden Untersuchungen unbedingt auf eine geringe Anzahl von Drehungen innerhalb der Rovings und einem geringen Unterschied in der Dehnung zwischen den zu vermischenden Rovings geachtet werden. Des Weiteren wurde mit Hilfe der Herstellungsversuche von Hybridrovings die Versuchsanlage optimiert und es konnten grundlegende Erkenntnisse für die Herstellung von Hybridrovings erlangt werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Der mit dem neuartigen Verfahren hergestellte Hybridroving kann vom Anwender in allen Bereichen der FKV-Herstellung eingesetzt werden. Er kann zur Herstellung von Geweben, Gestricken sowie zur Herstellung von Gflechten verwendet werden. Dies ist vor allem auf den textilen Charakter des Hybridrovings zurückzuführen. Des Weiteren kann der neuartige Hybridroving auch zur Herstellung von Gelegen eingesetzt werden. Der Vorteil des Hybridrovings ist die homogene Vermischung der Rovingmaterialien, welche eine gute bis sehr gute Imprägnierung ermöglichen. Des Weiteren liegen die Filamente der Rovingmaterialien durch das Herstellungsverfahren vollständig gestreckt im Hybridroving vor. Dadurch können die mechanischen Kennwerte der Rovingmaterialien vollständig ausgenutzt werden. Außerdem ermöglicht das Herstellungsverfahren die Kombination unterschiedlichster Rovingmaterialien, sodass eine Anpassung an die verschiedensten Anforderungen des Anwenders möglich ist. Zudem ermöglicht der textile Charakter des Hybridrovings auch das legen komplizierter Bauteilgeometrien, sodass nahezu jedes denkbare FKV-Bauteil hergestellt werden kann. Es kann außerdem noch hervogehoben werden, dass die Herstellung der Hybridrovings mit Hilfe des neuen Herstellungsverfahrens wesentlich kostengünstiger ist als das aktuell auf dem Markt vorherrschende Commingling-Verfahren. Dies ist damit zu begründen, dass nicht das teure Produktionsmedium Druckluft für die Herstellung des Hybridrovings bei dem Herstellungsverfahren zum Einsatz kommt und es können auf der Versuchsanlage gleichzeitig in mehreren Spuren Hybridrovings hergestellt werden.
Der Transfer der FuE-Ergebnisse in die Anwenderunternehmen erfolgt über Hybridrovingversuche am Cetex Institut. Der potentielle Anwender kann den gewünschten Hybridroving über Forschungsaufträge beim Cetex Institut herstellen und dessen Eignung prüfen lassen. Zusätzlich werden die optimalen Herstellungsparameter für den Hybridroving vom Cetex Institut ermittelt. Wenn das Anwenderunternehmen die Versuchsergebnisse akzeptiert, wird am Cetex Institut der gewünschte Hybridroving für den Anwender mit einer neuartigen Versuchsanlage hergestellt.
Die wirtschaftlichen Effekte für das Cetex Institut werden hauptsächlich in dem Vertrieb der Lizenzen für den Hybridroving, in den Forschungsaufträgen zur Entwicklung neuer Materialkombinationen von Hybridrovings und dem Verkauf von Hybridrovingspulen gesehen.
Als konkretes Anwendungsbeispiel für den Hybridroving kann erwähnt werden, dass in Zusammenarbeit mit der Buck GmbH & Co. KG ein Rundgestrick aus dem Hybridroving hergestellt wurde. Dieses Rundgestrick wurde in einer COLLIN-Presse verpresst und es konnte ein erstes Halbzeug in Form eines Organobleches gewonnen werden.