Falona - Faserflornachorientierung

Abstract

Das Projekt Falona wurde in Form aufeinander abgestimmter VF-Vorhaben der Institute „Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.“ (STFI) und „Faserinstitut Bremen e.V.“ (FIBRE) in Kooperation bearbeitet. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Optimierung einer Faserausrichtung im Krempelflor durch eine Nachorientierung im Magnetfeld untersucht. Zur Erreichung einer Magnetisierbarkeit der Fasern im Flor werden von den Partnern zwei unterschiedliche Forschungsansätze verfolgt, die einerseits die Erzeugung magnetisierbarer Fasern durch äußeren Auftrag einer Schlichte (STFI, im Wesentlichen Carbonfasern), und andererseits durch die Einbringung eines magnetisierbaren Fluids in den Kern von Hohlfasern (FIBRE) zum Ziel hatten. Die am FIBRE entwickelnden Hohlfasern wurden dabei im Schmelzspinnverfahren hergestellt und die Flüssigkeit mittels einer speziellen Spinndüse kontinuierlich in die Fasern integriert, um so eine Magnetisierbarkeit zu erreichen. Die entwickelte magnetisierbare Flüssigkeit konnte im Schmelzspinnprozess als flüssige Kernkomponente in eine Hohlfaser intergiert werden. Bei der Faserentwicklung konnten erfolgreich mit magnetisierbarer Flüssigkeit gefüllte Hohlfasern hergestellt werden. Bei der Herstellung im Schmelzspinnprozess zersetzte sich jedoch die magnetisierbare Flüssigkeit thermisch, was zu Verstopfen einzelner Düsenbohrungen und damit zu einem instabilen Spinnprozess führte. Daher wurden als Alternative Compounds mit magnetisierbaren Partikeln und Polypropylen herstellt und im Schmelzspinnprozess zu Fasern verarbeitet. Zur Messung der Magnetkraft der Fasern wurde ein Prüfstand entwickelt. Die Fasern mit den größten Durchmessern und dem höchsten Partikelgehalt zeigten die größte Magnetkraft. Die Fasern konnten zu Krempelfloren verarbeitet werden, deren Änderung der Vorzugsrichtung durch das Anlegen eines Magnetfeldes Untersucht wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die gewählte Versuchsanordnung geeignet zur Untersuchung des Einflusses von Magnetfeldern auf die Probengeometrie ist und in den Ergebnissen nur der Einfluss der magnetischen Nachorientierung, aber kein Effekt des Probenhandlings zu erkennen ist. Des Weiteren konnte die Ausrichtung vereinzelter Materialien in Feldrichtung durch das Anlegen eines Magnetfelds sehr stark bis zum Faktor 18,8 gesteigert werden. Im Gegensatz zur Arbeitshypothese erfolgte bei Faserfloren im Magnetfeld jedoch überhaupt keine Änderung der Orientierung im Magnetfeld. Andererseits kann eine temporäre Stabilisierung von Floren oder anderen textilen Halbzeugen in anderen Prozessen durchaus erwünscht sein. So ist es in der Herstellung von Verbundwerkstoffen im RTMVerfahren (resin transfer moulding) ein bekanntes Problem, dass eine zu hohe Viskosität der Harzmischung dazu führt, dass die Fließfront das Halbzeug vor sich herschiebt, statt es zu durchtränken. Eine Verwendung von magnetisierbaren Fasern in Verbindung mit einem ebenfalls magnetisierbaren Metallwerkzeug könnte hier das Prozessfenster erweitern und die Verwendung von Harzen höherer Viskosität ermöglichen. Weitere Szenarien sind Abläufe im Vorfeld der Verbundherstellung, in denen der Aufwand für die Geometrieerhaltung der Halbzeuge beim Handling / Transport durch eine magnetische Stabilisierung reduziert werden könnte. Zusätzlich wurden Krempelflore aus mit Eisenpartikeln versetzte PP-Fasern mit PA6-Fasern und Mischungen mit Glasfasern hergestellt, welche anschließend mittels Pressverfahren zu magnetischen Verbundwerkstoffen verpresst wurden. Die mechanischen Eigenschaften wurden mittels Drei-Punkt-Biegeversuch und die magnetischen Eigenschaften mithilfe des entwickelten Prüfstandes charakterisiert. Die Verbundplatten mit Glasfaserverstärkung zeigten die höchsten Biegesteifigkeiten und Biegefestigkeiten, während die Platten mit PA6-Faserverstärkung die höchsten auf das Prüfkörpergewicht bezogenen magnetischen Eigenschaften zeigten.