Funktionalisierte Fasern zur Thermofixierung von PEEK / CF-Preforms für Hochleistungsfaserverbundbauteile

Zur Fertigung von belastungsoptimierten Faserverbundstrukturen existieren derzeit unterschiedliche Verfahren. Neben textiltechnischen Losungen auf Basis unspezifischer Garne wie dem Tailored Fibre Placement-Verfahren (TFP), kommen bei dem Fibre-Placement-Verfahren und dem Tow-Placement modifizierte Faserbundel zum Einsatz. Durch das erforderliche bebindern oder vorimpragnierte der Verstarkungsfasern lassen sich jedoch im Vergleich zum TFP-Verfahren nur grosse in-plane Radien umsetzen. Nachteilig beim TFP-Verfahren sind hingegen Filamentschadigungen durch den Stickprozess, Faserondulationen und Harznester, die durch das Einbringen von Nahfaden entstehen. Hinzu kommen Einschrankungen in der maximalen Lagenanzahl eines TFP-Preforms. Die hier vorgestellte neuartige Legetechnologie basiert auf den Einsatz von nano-funktionalisierten Thermoplasten. Die hieraus in Kombination mit Kohlenstofffasern aufgebauten Hybridrovings lassen sich mittels Induktionstechnik thermisch aktivieren und konnen somit effizient zu massgeschneiderten Hybridpreforms abgelegt und fixiert werden. Ondulationen der Verstarkungsfasern und Einschrankungen in der Lagenanzahl konnen mit diesem Verfahren im Vergleich zur TFP-Technologie umgangen werden. Im Thermoformprozess werden diese Preforms zur finalen CFK-Strukturen konsolidiert. Die von EVONIK modifizierten PEEK-Compounds wurden bislang in Zusammensetzungen mit 15, 20 und 30 Gew.-% MagSilica(r) analysiert. Mit den am FIBRE im Schmelzspinnverfahren hergestellten MagSilica(r)-PEEK-Fasern konnten dabei Aufheizgeschwindigkeiten von 680 K/s bis zum Erreichen des vollstandigen Aufschmelzens (360 C) erzielt werden. Das Aufschmelzen von Raumtemperatur erfolgt somit nach ca. 0,5 s. Mit einer einzelnen konventionellen hochfrequenten Induktionsspule (22 mm Lange) wurde im Labormassstab eine Legegeschwindigkeiten von 2,7 m/min fur PEEK erreicht, was einer typischen Legegeschwindigkeit einer TFP-Anlage mit 550 Stichen/min mit 5 mm Stichlange entspricht. W