Reparatur- und Recyclingtechnologien
Simulation der CFK-Proben in den verschiedenen Reparaturstadien und bei Belastung
Entscheidend für einen breiten Einsatz von Faserverbundwerkstoffen (FKV) ist die Verfügbarkeit von Technologien und Verfahren, die eine vollständige Reparatur von Bauteilen bzw. ein Recycling der Werkstoffe unter weitgehendem Erhalt der Eigenschaften erlauben.
Ziel der F&E-Arbeiten am ITM ist die Reparatur von Schäden an FKV mit hoher Reproduzierbarkeit und bei Wiederherstellung der originären Verbundeigenschaften. Dazu wird an innovativen chemisch-physikalischen Reparaturmethoden für u. a. carbonfaserverstärkte Bauteile (CFK-Bauteile) geforscht. Es werden insbesondere neuartige Ansätze auf Basis der Halbleiter-Technik verfolgt, die eine vollständige Entfernung der Matrix in einem lokal definierten Schadensbereich gestatten. Die textile Verstärkungsstruktur wird freigelegt und beschädigte Fasern werden entfernt. Anschließend erfolgt ein kraftflussgerechter Lagenneuaufbau unter Verwendung simulationsgestützt entwickelter Patches, um die möglichst vollständige Tragfähigkeit des CFK-Bauteils wiederherzustellen. Die dazu notwendigen patentierten Verfahrensweisen zur schonenden Matrixabtragung werden zurzeit am ITM entwickelt.
CFK-Probe mit Schadensmerkmal und entfernter Matrix (links), CFK-Probe mit integriertem simulationsgestützt entwickeltem Reparaturpatch (Mitte), CFK-Probe mit wiederaufgefüllter Matrix (rechts))
Am ITM installierte Krempelanlage zur Weiterverarbeitung von recycelten Carbonfasern
Ein weiterer Schwerpunkt am ITM bildet die Entwicklung einer neuen Prozesskette für die Herstellung und Weiterverarbeitung von recycelten Carbonfasern (rCF) zu neuartigen Garnkonstruktionen für die Wiederverwendung in lasttragenden CFK-Bauteilen. Dazu werden folgende grundlegende Untersuchungen zur Verspinnung von rCF durchgeführt:
- Technologieentwicklung zur schonenden Herstellung von rCF für textiltechnisch gut weiterverarbeitbare Garnkonstruktionen,
- Entwicklung von Hybridgarnkonstruktionen aus rCF für thermoplastische CFK-Bauteile,
- Entwicklung von Garnkonstruktionen aus 100 % rCF für den Einsatz in duroplastischen CFK-Bauteilen oder als feines Stapelfasergarn und
- Übertragung der entwickelten Technologien auf andere Hochleistungsrecyclingfasern.
Prozesskette zur Herstellung von lasttragenden CFK-Bauteilen aus rCF
Ziel ist die Entwicklung von Garnstrukturen, die im CFK-Bauteil ein möglichst hohes Leistungsniveau im Vergleich zu ursprünglichen CF-Primärfilamentgarnen aufweisen (Festigkeit bis zu 90 %). Der dabei grundsätzlich untersuchte Prozess betrachtet die gesamte Kette der Fadenbildung. Prämiert wurden diese Forschungsaktivitäten mit dem Deutschen Rohstoffeffizienz-Preis 2016 und dem AVK-Innovationspreis 2016.
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