Ziel der Entwicklung
Ziel des Technologievorhabens war die Entwicklung einer energieeffizienten Anlagentechnologie, welche es ermöglicht, Rovings mit geringer Feinheit und aus einem beliebigen Verstärkungsmaterial auszubreiten und anschließend im ausgebreiteten Zustand stoffschlüssig zum Beispiel durch Bindemittel, Pulver oder Sprühkleber zu fixieren. Perspektivisch ermöglicht diese Technologie dem Anwender die Herstellung von beschichteten Faserbändchen auf mehreren Spuren bei gezielter Steuerung der Eigenschaften durch den Herstellungsprozess. Konkret sollen sich die Feinheit des Ausgangsmaterials durch eine Doublierung, die Bändchenbreite im Spreizprozess und die Drapierbarkeit durch eine Variation der Auftragsmenge definiert anpassen lassen. Für FiBers wurden folgende Zielkriterien definiert: (1) Anlagenverfügbarkeit: ≥ 85 Prozent (Stabiler Prozess), (2) Anlagengeschwindigkeit ≥ 20 m/min, (3) verarbeitbare Verstärkungsfasertypen nach Tabelle 1, (4) Mehrspurenverarbeitung auf acht Spuren (Betrachtung der Skalierung), (5) Spreizbreite 2-15 mm bei Gesamtbreitenschwankung des Einzelroving von ± 5 Prozent, (6) Auftragsmenge variabel im laufenden Prozess einstellbar, (7) verarbeitbare Auftragsgüter sind thermoplastische (PP, PA) und duroplastische Kunststoffe (Epoxidharze), (8) Trocknungs- beziehungsweise Aktivierungstemperaturen regelbar, (9) Prozessüberwachung für Spreizbreite, Spreiztemperatur, Gassenfreiheit, Faserbruch, (10) Automatisierte Reinigung, selbstreinigend, (11) Komplettreinigung bei Materialwechsel, (12) Geringer Energieverbrauch bei maximaler Qualität des Endproduktes, (13) Gesundheitsschutz des Bedienpersonals und Umweltschutz (zum Beispiel: Lärm, Staub, Dämpfe, Absaugung usw.). Die zu entwickelnde Anlagentechnologie gliedert sich, wie in Abbildung 1 dargestellt, in die Schwerpunkte Spreizmodul mit Doublierung, Fixiermodul mit Trocknungs- beziehungsweise Aktivierungsmodul, Reinigung zur Vermeidung von Anhaftungen sowie Prozessüberwachung. Weiterhin sollen Modularisierungskonzepte ausgearbeitet werden, um die Anlagentechnologie perspektivisch vom Labormaßstab auf einen industriellen Maßstab zu überführen.
Vorteile und Lösungen
Die Ergebnisse des Projektes sind sehr positiv und vielversprechend. Alle wesentlichen Zielstellungen konnten erreicht werden und elementares Know-how wurde erarbeitet. Die erforderlichen Meilensteine und Arbeitspakete des Projektes sind in vollem Umfang erfüllt. Grundlegend ist eine Technologie entstanden, die es ermöglicht, mehrere Faserrovings zu spreizen, zu fixieren und diese als Bändchen in Spulenform bereitzustellen. Es wurden Vorversuche durchgeführt, ein Anlagenkonzept erstellt und umgesetzt und Prozessgeschwindigkeiten bis 20 m/min erreicht.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die wirtschaftliche Verwertung der FuE-Ergebnisse richtet sich an verschiedene Zielgruppen. Die vielfältigen Anwendungen von breitenfixierten Faserbändchen sind beispielhaft: Bauwesen (zum Beispiel textilverstärkter Beton), Luft- und Raumfahrt (zum Beispiel Tragflächenversteifung), Off-Shore-Anlagenbau (zum Beispiel Rotoren), Freizeitartikel wie Segel für Windsurf- oder Yachtanwendungen; diverse Sportgeräte, Hebezeuge (zum Beispiel Schlaufen, Gurte), Halbzeug für die Composite Herstellung, Hybridkonstruktionen, textile Flächengebilde (Gewebe oder Gelege), 3D Flecht- oder Wickelkörper. Die Technologie richtet sich an Textilveredler sowie Direktproduzenten von Endanwendungen und ist Basis für grundlegende Forschungsanwendungen. Die Verwendung der vorgestellten Technologie ermöglicht den Einsatz von weniger Fasermaterial, bei höherer mechanischer Belastbarkeit sowie hoher Prozessstabilität und -rentabilität. Somit ist ein stetig wachsender Markt für das entwickelte Halbzeug zu erwarten.
Konkretes Interesse für Anlagen wurde bereits überregional und international bekundet. Erste Angebote und eventuell Verkäufe sind bereits geplant. Die Unternehmer und auch Neukunden werden bei der Implementierung der Automatisierungslösung umfangreich durch geschultes Personal der Cetex unterstützt. Begleitend hierzu bietet das Institut für alle Kunden und Partner an, im Auftrag Vorversuche mit eigenen Materialien an der bestehenden Anlagentechnologie durchzuführen. Somit wird das Interesse von weiteren Marktteilnehmern für diese Technologie geweckt. Generell sind die deutschen und europäischen Marktteilnehmer aufgrund des internationalen Drucks auf Innovationen angewiesen. Die Markteintrittschancen sind somit als sehr positiv einzuschätzen, da die Anlagentechnologie die Erschließung neuer Märkte ermöglicht.
Des Weiteren wird die Technologie in zukünftigen Forschungsprojekten genutzt, um Weiterentwicklungen mit Projektpartnern voranzutreiben. Die erfolgreichen Ergebnisse des Projektes ermöglichen es, Musterspulen für potentielle Kunden als Erprobungsmaterial bereit zu stellen.
