Werkstoffe II - Textile Verstärkungshalbzeuge Flashcards
Erklären Sie die Vor- und Nachteile in der Verwendung von Gelegen oder Geweben
Gelege: + gestreckte Fadenlagen, dadurch hohe Festigkeiten und Steifigkeiten möglich
+ geeignet für alle Fadenarten und –Systeme
+hohe Verschiebefestigkeit und dimensionsstabil
+ multiaxiales Ablegen der Fäden (tri- oder mehraxial),
dadurch ist das Erzeugen von unidirektionalen, mehraxialen
oder isotropen Eigenschaften möglich
- schlecht drapierbar
- geringe Festigkeiten in „Dickenrichtung“ der Struktur
Gewebe: + hohe Verschiebefestigkeit
+ geeignet für alle Fadenarten und -Systeme
+ preisgünstiges Verfahren zur Erzeugung großer Flächen
- bei Diagonalbelastung instabile Kette-Schuss-Systeme
- keine gestreckte Fadenlage, deshalb geringere Steifigkeiten und Festigkeiten
- wenig flexibel
Welche Vorteile ergeben sich durch das Spreizen von Heavy Tows?
- höhere mechanische Festigkeit
- Verstärkungstextilien werden extrem leicht
Nennen Sie 2 Vorteile von 3D-Geweben?
- Hoher Bewehrungsgrad
- Hohe Strukturfestigkeit
Herstellungsprozess von Hybridgarnen und relevante Prozessparameter
- Abzug der Verstärkungs- und Matrixfasern über (beheizbare) Abzugsgaletten (eventuell mit zwischengeschalteten Spreizstangen für die MF)
- Zusammenführung der beiden Fasern und Durchlaufen der Verwirbelungs-/Mischbox
- Austritt aus der Box durch Abzugsgalette
- Aufwicklung des Commingling-Garns
Relevante Prozessparameter: - Mischdüse (Luftdüse)
- Luftdruck
- Überförderungsraten (Geschwindigkeiten der Zuführung von Verstärkungs- und Matrixfasern)
- Produktionsgeschwindigkeit
Motivation, Ausgangsmaterialien und Prinzip von gespreizten Garnen
Motivation: -Leichte Verstärkungsfaserbänder
-Herstellung extrem leichter Verstärkungstextilien
(Flächengewicht < 100 g/m²)
-Gestreckte Ausrichtung der Filamente
(höhere mechanische Festigkeit)
Ausgangsmaterialien: Schwere Multifilamentgarne
(z. B.: Carbon Heavy Tow)
Spreizprinzipien: -Mechanisch (Spreizstangen, -rollen teils mit Vibrationsunterstützung)
- Aerodynamisch (Spreizdüse)
- Einige weitere …
Vorteile von gespreizten Garnen
Verbesserung der Druckfähigkeit
verbesserung der Biegeeigenschaften
-> generell Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Filamentgarnen oder textilen Flächen
Beispiele für 2D-Strukturen
Vlies Maschenwaren (Gestricke und Gewirke) Kettengewirke Gewebe Drehergewebe Geflechte (flach oder rund)
Unidirektionale Verstärkungshalbzeuge (UD)
Motivation, Ausgangsmaterialien, Verarbeitung
Motivation: -Extrem leichte Verstärkungsfaserhalbzeuge (ab 50 g/m²)
- Hochfeste Gelege aufgrund paralleler Faserlage
- Glatte Oberfläche
Ausgangsmaterialien: -Roving, Heavy Tow
-Gespreizte Multifilamentgarne (Tapes)
Verarbeitung: -Ablage von Tapes zu UD-Gelegen
- Fixierung durch Binder bzw. Verarbeitung zu UD Prepregs
- Fixierung durch dünne Gitterstruktur
- Weiterverarbeitung zu leichten multiaxialen Kettengewirken
Carbonfaservliese (Verfahren, mögliche Materialmischungen, Anwendungen)
Verfahren: -Nassprozess/Papierprozess (Pulp & Kurzfaser)
- Aerodynamischer Prozess, z.B. Airlay (Kurz- und Langfaser)
- Mechanischer Prozess, z.B. Krempel (Kurz- und Langfaser)
Materialmischungen: -Reines C-Vlies aus Neu- oder Rezyklatfaser
-Mischvlies aus C-Faser und Matrixfaser
(besonders gut geeignet für Verarbeitung zu OrganoBlechen)
Anwendungen: Autositz, Motorradprotektoren,
Funktionsschichten in Kompositen (Heizen, EM-Abschirmung), u.v.m.
Definition von Geweben und weltweite Nachfrage
-Gewebe bestehen aus zwei oder mehr senkrecht miteinander verkreuzten Fadensystemen:
Kettfäden und Schussfäden
-Gesamtproduktion an Fasern (2017): ca. 71,6 Mio.t Fasern jährlich
-Weltweite Nachfrage an Gewebe (2014): ca. 26,6 Mio.t Gewebe
-Marktanteil technische Gewebe : ca. 30 %
Fachbildung bei Webmaschinen
Um einen Schussfaden eintragen zu können, muss zunächst ein Webfach gebildet werden. Dazu
werden die Kettfäden individuell oder als Fadenschar angehoben bzw. abgesenkt.
- > Für die Fachbildung werden eingesetzt: -Schaftmaschinen (kollektive Kettfadenbewegung)
- Exzentermaschinen (kollektive Kettfadenbewegung
- Jaquardmaschinen (Individuelle Kettfadenbewegung)
Fachbildung mit Schäften
-gleichzeitiges Heben/Senken aller Kettfäden, die in einen Schaft eingezogen wurden -begrenzte Musterungsmöglichkeit -geeignet zur Herstellung von • Leinwand- • Köper- und • Atlasgewebe
Rapport und Flottierung
Rapport: Eine Bindung wiederholt sich in Quer- und Längsrichtung. Die kleinste Einheit, durch deren Vervielfältigung das Gewebe entsteht, wird als Bindungsrapport bezeichnet
Flottierung: Flottierung ist die freie, ungebundene Fadenlänge von Kett- und Schußfäden zwischen mehr als zwei Bindungspunkten. Lange Flottierungen ergeben ein ruhiges, glattes Erscheinungsbild.
Gewebebindungen und dazugehörige Auswahlkriterien
->Möglichst flacher Fadenlauf • Geringe Ondulation (Faserkrümmung) für höhere Festigkeit, geringe Dehnung • Z.B. Atlasbindung ->Gute sphärische Verformbarkeit • Drapierbarkeit für komplexe Formen • Z.B. Köperbindung ->Gute Handhabung • Verschiebefeste, formstabile Struktur • Z.B. Leinwandbindung ->Offene Strukturen • Durchlässig für grobkörnige Matrizes, geringes Flächengewicht • Drehergewebe (zählt nicht zu den drei Grundbindungen)
Schusseintragsverfahren moderner Webmaschinen
Greifer, Projektil, Luft, Wasser, Schützen
Schusseintrag mit Greifer
- Ein Greifer transportiert den Faden bis zur Fachmitte
- Zweiter Greifer übernimmt den Faden und zieht ihn durch das Fach
- Starre Stangengreifer oder flexible Bandgreifer
- Schusseintrag gut kontrollierbar
- Besonders für empfindliche Schussmaterialien (z. B. Glas, Carbon) geeignet
- bis zu 450 Schuss pro Minute
- bei Carbon- und Glasfasern bis zu 250 Schuss/min
- Beschleunigungen bis zu 400g
Schusseintrag mit Luft
- Beschleunigung des Schussfadens durch Haupt- und Stafettendüsen
- Produktivstes Verfahren, geringste beschleunigte Masse
- Verfahren ist weniger flexibel, schädigung des Schussfadens durch Lufteinwirkung möglich
- bis zu 1200 U/min möglich
Erklärung von Drehergewebe
- Kantenbildung bei Webverfahren mit unechter Kante
- sehr offene Strukturen (z. B. für Geo- und Agrotextilien, Siebe und Filter und Bauanwendungen)
- Hauptunterschied zwischen Dreher- und konventionellen Geweben: Bei Drehergeweben umschlingen sich mindestens 2 benachbarte Kettfäden gegenseitig
Merkmale und Vorteile von Tape-Webmaschinen
Merkmale:
- Garnmaterial: „Tapes“ (üblicherweise CF/PA6 or Glass/PP)
- Kettrichtung: 8 – 40 mm Tapebreite
- Schussrichtung: 8 – 25 mm Tapebreite
- Verdrehungsfreier Schusseintrag
- Schusseintragsleistung: 40 - 50 Schuss pro Minute
Vorteile: -Geringes Flächengewicht der Textilhalbzeuge
- Geringe Faserwelligkeit (Ondulation)
- Hohe Faserorientierung
Open reed Weaving (Prinzip, Vor- und Nachteile)
Prinzip: Herstellung multiaxialer und lokal verstärkter Gewebe • Zwei zusätzliche, über die Webbreite verschiebbare Fadensysteme • Verschieben der Multiaxial-Fäden über Verlegenadeln • Einbinden der Multiaxial-Fäden durch Absenken der Nadeln • Absenken wird durch offene Rietlücken ermöglicht
Vorteile: • Erhöhte Anzahl Lagenorientierungen • Einstufiger Prozess • Potential zur Verschnittreduzierung im Preforming
Nachteile: • Prozesstechnik nicht ausgereift
• Mechanische Eigenschaften der
Gewebe bisher unbekannt
Produktmöglichkeiten von Open Reed Weaving
- > Multiaxialgewebe
- Multiaxial-Fäden über gesamte Webbreite
- Zick-Zack-förmiger Verlauf der Fäden
- Winkel einstellbar (z.B. 0/90/+45/-45°)
- Streifen von multiaxialem Gewebe
- > Lokal verstärktes Gewebe
- Einbringen einzelner Verstärkungsfäden
- Erzeugung von lokalen Verstärkungen,
z. B. für Durchbrüche, Anschlussstellen
Unterschied zwischen Geweben und Gelegen
Ondulation
-> Faserumlenkung bei Geweben (Wellenform), bei Gelegen liegen die jeweilige Schichten bloß unverbunden aufeinander
Bindungsarten bei Kettengewirken
- Fransenbindung
- Trikotbindung
- Tuchbindung
Tailored NFC (Maßgeschneiderte Gelege) für lokal angepasste Wirkmuster (Prinzip und Vorteile)
Prinzip: -Elektronische Legebarre
-Entlang der Produktionsrichtung verschiedene Wirkmuster einstellbar
Vorteil: Lokal einstellbare Drapierbarkeit
