OptiFoam - Potentialuntersuchung faserverstärkter Schäume zum Einsatz in der Windenergie; Teilvorhaben: Entwicklung von Methoden zur Untersuchung faserverstärkter Schäume und Sandwich-Strukturen

Abstract

Das Fraunhofer IWES eine umfassende Untersuchung von vernadelten Kernwerkstoffen (Engineered Foams) durchgeführt. Hierzu wurde eine umfassende Charakterisierung der Werkstoffe von Coupon- bis zur Strukturebene durchgeführt. Diese wurde in enger Kooperation mit Saertex durchgeführt. Saertex stellen die für die Versuche notwendigen Materialien und bereits vorhandene Prüfdaten bereit. Die generierten Daten wurden für die Modellentwicklungen auf Mikro- bis Ganzblattebene angewendet und die Simulationsergebnisse anhand der vorliegenden Kennwerte verifiziert. Darüber hinaus wurden Methoden zur Messung der Harzaufnahme an Schaumwerkstoffen entwickelt. Zudem wurden Fertigungsversuche zu Großbauteilen durchgeführt und der Einfluss auf die Fertigung bezüglich Drapierbarkeit und Infusionsverhalten bestimmt. Auch versuche im Bereich Recycling wurden durchgeführt und eine Übersicht über den aktuellen Stand der Technik zusammengetragen, bleibt jedoch weiterhin ein herausforderndes Thema wie im gesamten Rotorblattbereich. Im Rahmen des Projekts wurden dabei nachteiligen Eigenschaften gegenüber bereits etablierten Schaumwerkstoffen identifiziert. Die geprüften faserverstärkten Schaumwertstoffe auf PU60-Basis wiesen, auf Coupon- und Strukturebene, mechanischen Eigenschaften auf Augenhöhe mit PET und Balsa auf. So konnte grundsätzlich das hohe Potential der Engineered Foams anhand von PU-Schaum nachgewiesen werden. Die offenen Forschungsthemen bleiben das Ermüdungsverhalten und das Verhalten im Grenzlastbereich und die Übertragbarkeit auf hochwertigere Schaumwerkstoffe. Fraunhofer IWES conducted a comprehensive study of needled core materials (engineered foams). To this end, a thorough characterization of the materials was carried out from coupon-scale to the structural level, in close collaboration with Saertex. Saertex provides the materials required for the tests as well as existing test data. The generated data were used for model development from micro-to full-rotor-blade level, and the simulation results were validated against the available reference values. In addition, methods for measuring resin uptake in foam materials were developed. Manufacturing trials on large components were conducted, and the impact on manufacturing with regard to drapability and infusion behavior was determined. Recycling-related experiments were also carried out, and an overview of the current state of the art was compiled; however, it remains a challenging topic, as in the entire rotor-blade sector. Within the project, detrimental properties compared with already established foam materials were identified. The tested fiber-reinforced PU60-based foam materials showed, at coupon and structural levels, mechanical properties on par with PET and Balsa. Thus, the high potential of Engineered Foams based on PU foam was demonstrated. Open research topics remain the fatigue behavior and the behavior in the limit-load regime and the transferability to higher-quality foam materials.