ISBN 978-3-8439-3911-9

978-3-8439-3911-9, Reihe Luftfahrt

Daniel Gizik
Untersuchung der Verwendung von Heavy Tow Carbonfasern für Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt

274 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2018), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Luftfahrtindustrie war Jahrzehntelang der Treiber der High-Performance Composites und konnte mit den neuesten Flugzeug-Entwicklungen CFK-Anteile von über 50 Prozent aufweisen. Neuere Entwicklungen verlangen jedoch nach Kostenreduktionen bei größeren Stückzahlen. Daher wurde eine Untersuchung von Heavy Tow Carbonfasern durchgeführt, um deren Prozessierbarkeit und Leistungsfähigkeit in Bezug auf ihre Kosteneffektivität zu überprüfen.

In einer umfassenden Spreizstudie wurden die unterschiedlichen Einflussparameter des Prozesses untersucht. Die Heavy Tows konnten minimale Rovingflächengewichte von 60 bis 80 g/m² gegenüber <50 g/m² bei den Referenzfasern erreichen. Abhängig von Überlapp und Homogenität konnten damit dennoch qualitativ ausreichende Tapes auf dem sogenannten Low Grade (134 g/m²) hergestellt werden. Die Faserqualität konnte teilweise als gleichwertig identifiziert werden und die Abweichungen der Rovingbreiten waren bei den Heavy Tows oft niedriger als bei ihren Vergleichsfasern aus 12K.

Die mechanische Leistung wurde in unterschiedlichen Orientierungen, Lagenaufbauten und Testverfahren charakterisiert. Die Abschläge der 0°-Zugfestigkeit waren dabei zwar signifikant, jedoch kommen sie bei realitätsnahen 0/90°- und QI-Aufbauten in Größenordnungen, die zu vernachlässigen sind. In den Steifigkeitswerten konnten nahezu gleichwertige Eigenschaften zwischen 50K und 12K Fasern festgestellt werden. Des weiteren konnte SGL mit neuen Faserentwicklungen zeigen, dass auch mit erhöhten Filamentzahlen Steifigkeiten auf dem Level von IM-Fasern herstellbar sind.

Die abschließenden Kostenberechnungen zeigten Materialkostenreduktionen von über 30 Prozent, womit die vielversprechenden Vorteile der Heavy Tow Fasern eindeutig bestätigt werden konnten.