Projekte

PlasmaTex

Plasma-gestützte Aktivierung von Carbonfaser-Textilien zum Einsatz in neuen Matrixmaterialien (PlasmaTex)

Programm: KMU-innovativ: Produktionsforschung
Bekanntmachung: KMU-innovativ: Produktionsforschung (ab 2016)
Wettbewerb: 04. Runde, Stichtag 15.04.2017

Kurzbeschreibung:
Faserverbundkunststoffe (FVK) stellen in vielen Bereichen bereits eine viel genutzte Option bei der Materialauswahl dar. Ihr geringes Gewicht in Verbindung mit hohen mechanischen Festigkeiten qualifiziert Faserverbundwerkstoffe für den Einsatz im Leichtbau. Im vergangenen Jahrzehnt hat sich die weltweite Nachfrage nach Carbonfasern und Carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK) vervielfacht. Weiteres starkes Wachstum der Nachfrage nach Carbonfasern und CFK ist auch in den kommenden Jahrzehnten zu erwarten. Die verschiedenen Industriezweige, in denen Carbonfaser-verstärkte Kunststoffe zum Einsatz kommen, haben sehr unterschiedliche Anforderungen an die CFK-Bauteile. Verschiedene Bauteilgeometrien und Anforderungen an mechanische und chemische Eigenschaften der CFK-Bauteile bedingen den Einsatz verschiedener Matrixmaterialien (Polymere). Derzeit orientieren sich die Carbonfaser-Hersteller bzgl. des Angebotes an Sizings an den Standard-Materialien die für Luft- und Raumfahrt. So ist eine große Anzahl an Carbonfasertypen ausschließlich mit Epoxidharz-kompatiblem Sizing erhältlich. Sollen bereits fertige textile Strukturen aus Carbonfasern erworben werden, ist die Auswahl des Sizings noch weiter eingeschränkt. Sowohl die Herstellung als auch die Anwendung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen macht jedoch den Einsatz von anderen Matrixsystemen (z. B. weitere Duroplaste oder Thermoplaste) notwendig. So können durch günstige Wahl von zu verstärkenden Kunststoffen die Taktzeiten in der Serienfertigung deutlich gesenkt werden. Kleinen und mittelständischen Unternehmen, die sich auf die Herstellung von CFK für Anwendungen mit speziellen Matrixsystemen spezialisiert haben, ist es meist nicht möglich, passende Carbonfasern zu erwerben. Dies führt zu Problemen während der Durchtränkung der Fasern und einer nur unzureichenden Ausnutzung der Fasereigenschaften durch schlechte Haftung der Fasern an der Matrix. Daher ist es notwendig, Konzepte und Prozesse zur Modifikation von Carbonfaser-Oberflächen zu erarbeiten, die eine einfache Kompatibilisierung der textilen Strukturen für beliebige Matrix-Systeme ermöglicht.

Projektdauer: 01.08.2018 − 31.07.2020

Projektkoordinator:
Silvia Großmann
Diener electronic Vertriebs GmbH & Co. KG
Telefon: +49 7458 99931-115
E-Mail: silvia.grossmann@plasma.com

Ansprechpartner bei PTKA:
Patricia Wolny
Telefon: +49 721 608-24873
E-Mail: patricia.wolny@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemlage
Faserverbundkunststoffe (FVK) stellen in vielen Bereichen bereits eine viel genutzte Option bei der Materialauswahl dar. Ihr geringes Gewicht in Verbindung mit hohen mechanischen Festigkeiten qualifiziert Faserverbundwerkstoffe für den Einsatz im Leichtbau. Im vergangenen Jahrzehnt hat sich die weltweite Nachfrage nach Carbonfasern und Carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK) vervielfacht. Weiteres starkes Wachstum der Nachfrage nach Carbonfasern und CFK ist auch in den kommenden Jahrzehnten zu erwarten. Die verschiedenen Industriezweige, in denen Carbonfaser-verstärkte Kunststoffe zum Einsatz kommen, haben sehr unterschiedliche Anforderungen an die CFK-Bauteile. Verschiedene Bauteilgeometrien und Anforderungen an mechanische und chemische Eigenschaften der CFK-Bauteile bedingen den Einsatz verschiedener Matrixmaterialien (Polymere). Derzeit orientieren sich die Carbonfaser-Hersteller bzgl. des Angebotes an Sizings an den Standard-Materialien die für Luft- und Raumfahrt. So ist eine große Anzahl an Carbonfasertypen ausschließlich mit Epoxidharz-kompatiblem Sizing erhältlich. Sollen bereits fertige textile Strukturen aus Carbonfasern erworben werden, ist die Auswahl des Sizings noch weiter eingeschränkt. Sowohl die Herstellung als auch die Anwendung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen macht jedoch den Einsatz von anderen Matrixsystemen (z. B. weitere Duroplaste oder Thermoplaste) notwendig. So können durch günstige Wahl von zu verstärkenden Kunststoffen die Taktzeiten in der Serienfertigung deutlich gesenkt werden. Kleinen und mittelständischen Unternehmen, die sich auf die Herstellung von CFK für Anwendungen mit speziellen Matrixsystemen spezialisiert haben, ist es meist nicht möglich, passende Carbonfasern zu erwerben. Dies führt zu Problemen während der Durchtränkung der Fasern und einer nur unzureichenden Ausnutzung der Fasereigenschaften durch schlechte Haftung der Fasern an der Matrix. Daher ist es notwendig, Konzepte und Prozesse zur Modifikation von Carbonfaser-Oberflächen zu erarbeiten, die eine einfache Kompatibilisierung der textilen Strukturen für beliebige Matrix-Systeme ermöglicht.

Verbundprojektziel
Ziel des KMU-innovativ-Projekts PlasmaTex ist die Entwicklung einer Produktionstechnologie zur Herstellung kompatibler textiler Halbzeuge, wie z. B. Gewebe zur Anwendung in Verbundwerkstoffen. Im Projekt wird ein Nachaktivierungsverfahren durch eine gezielte Oberflächenbehandlung, dem sogenannten Niederdruckplasma, für Carbonfaser-Textilien entwickelt. Das erarbeitete Verfahren ermöglicht die Anpassung von Carbonfaser-Textilstrukturen mit Standard-Sizing auf eine beliebige Polymermatrix. Im Anschluss an die erfolgreiche Carbonfaser-Oberflächenbehandlung wird die Technologie auf alternative Hochmodulfasern übertragen und deren Oberflächeneigenschaften anwendungsgerecht eingestellt.

Ergebnisverwertung
Mit dieser Oberflächenbehandlung wird die Flexibilität in der Materialauswahl und die Bauteilqualität erhöht und für die beteiligten KMU neue Kundenkreise erschlossen. Zu den Kunden zählen Hersteller von Carbonfasertextilien sowie von CFK-Bauteilen. Darüber hinaus können durch die im Projekt erarbeiteten Ergebnisse auch andere textile Flächen mittels Niederdruckplasma aktiviert werden, was eine Erschließung weiterer Textilbranchen (z. B. technische oder Haus- und Heim-Textilien) als Kundenkreis zur Folge hat.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
+49 (0)721 608-992003

info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu