Die Situation
Schon jetzt werden carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) häufig in Industriegütern eingesetzt – zum Beispiel für Automobil- und Flugzeugstrukturen. Während des Gebrauchs und vor allem im Straßenverkehr werden die daraus gefertigten Bauteile jedoch häufig beschädigt. Bisher existiert kein ausgereiftes, kostengünstiges und flexibles Reparaturverfahren. In der Regel muss das Bauteil komplett oder teilweise ausgetauscht werden. Das bedarf vieler manueller Arbeitsschritte und ist teuer. Alternativ werden beschädigte Teile an der Schadstelle mechanisch geschäftet (Vergrößerung der zu verbindenden Stellen durch Anschrägen, um die Haftung zu verbessern) und mit einem CFK-Patch beklebt. Dabei ist jedoch ein großes Schäftverhältnis erforderlich, wodurch die noch intakte Faserstruktur zusätzlich beschädigt wird. Herausfordernd ist es zudem, Patches an gekrümmte Oberflächen anzupassen.
Das Projekt
Das Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden hat deshalb ein flexibles, lokal anwendbares Reparaturverfahren entwickelt. Mithilfe einer chemischen Reaktion wird die Matrix abgebaut und die Schadstelle dadurch freigelegt. Der Matrixabbau wird dabei durch ein Halbleiteroxid in Gang gesetzt, welches wiederum durch eine UV-LED-Strahlungsquelle aktiviert wird. Anschließend werden die vom Matrixmaterial befreiten Fasern in der Schadstelle entfernt. Mithilfe einer Simulation wird dann ein passender textiler Patch entwickelt, der in die Schadstelle eingebracht wird. Das VAP-Verfahren (Vacuum Assisted Process) wird schließlich genutzt, um den Patch ohne Luft- oder Gaseinschlüsse mit neuer Matrix zu infiltrieren und so in das Bauteil einzufügen. Anhand optischer, strukturmechanischer und oberflächenanalytischer Untersuchungen von Einzelfilamenten und Verbundproben wurde das Verfahren validiert und an praxisnahen Demonstratorbauteilen erprobt.
Der Nutzen für den Mittelstand
Damit steht jetzt ein Verfahren zur Reparatur von dünnwandigen, leicht gekrümmten, einfachen großschaligen CFK-Bauteilen zur Verfügung. Für die KMU der Textilindustrie ergibt sich die Chance, die CFK-Reparatur deutlich lohnender durchzuführen, was nicht nur zu finanziellen, sondern auch zu ökologischen Vorteilen führt.
Ansprechpartner
Dr. Thomas Gereke
thomas.gereke@tu-dresden.de
+49 351 463 42244
Fördergeber
Finanzielle Förderung über das Forschungskuratorium Textil als Mitglied der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen (AiF) aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) 19946 BR.