Izi-Direct – Innovative zerstörungsfreie Methode zur Inline-Charakterisierung und Qualitätssicherung von diskontinuierlichen, recycelten Carbonfaserhalbzeugen

Steigerung der Nachhaltigkeit von Carbonfasern

Die Hochfrequenz-Wirbelstrommessung an Carbonfasern ist heute noch starker Forschungsgegenstand an Instituten. Unser Projektkoordinator Suragus ist das bisher einzige Unternehmen, das diese Technologie industrialisiert hat. Durch das Ermöglichen der schnelleren und einfacheren Qualitätsprüfung von Carbonfaservliesstoffen soll die Schwelle zum Einsatz von Produkten aus diskontinuierlichen (die Carbonfasern im Vliesstoff liegen hier als eingekürzte Fasern und nicht als Endlosfasern vor), recycelten Carbonfasern gesenkt und die Akzeptanz des Materials in der Industrie erhöht werden.

Wirbelstrommessung zur Charakterisierung und Qualitätssicherung von Carbonfaservliesstoffen aus recycelten Carbonfasern

Seit vielen Jahren beschäftigen sich Wissenschaft und Industrie mit dem Thema des Recyclings von Carbonfasern. Dabei wurde gezeigt, dass sowohl Verschnittfasern als auch pyrolysierte End of Life-Fasern als Vliesstoff zu neuen Bauteilen mit guten mechanischen Eigenschaften verarbeitet werden können. Um die Produktion dieser Vliesstoffe besser zu überwachen und auch nachträglich eine zerstörungsfreie Qualitätssicherung möglich zu machen, sollen im Projektvorhaben „Izi-Direct“ geeignete Wirbelstrom-Sensoren zur Vliesstoff- und Compoundcharakterisierung entwickelt und evaluiert werden.

Hierbei wird die Faserorientierung bei Vliesstoffen über die elektrischen Eigenschaften bestimmt (anstatt über Bildauswertung), d. h. Sensoren mit gezielt gerichteten elektromagnetischen Feldern werden so positioniert, dass daraus ein Richtungsvektor für die dominierende Faserrichtung gemessen werden kann.

 

Wirbelstrommessgerät am Fraunhofer IGCV zur Untersuchung von Carbonfaser-Halbzeugen
© Fraunhofer IGCV
Wirbelstrommessgerät am Fraunhofer IGCV zur Untersuchung von Carbonfaser-Halbzeugen

Die Abbildung zeigt das verwendete Messgerät der Firma Suragus, welches am Fraunhofer IGCV zur Wirbelstrommessung verwendet wird.

Ein spezieller Sensor der Firma Suragus ermöglicht die Bestimmung der Orientierung der Carbonfasern im Vlies. Dies ist eine entscheidende Kenngröße, da die Orientierung der Fasern bestimmend für die mechanischen Eigenschaften des aus dem Vlies hergestellten CFK-Bauteils sind.

Beispielmessungen zur Bestimmung der Faserorientierung
© Fraunhofer IGCV
Beispielmessungen zur Bestimmung der Faserorientierung

Mittels Wirbelstrommessung wurde die Orientierung der Carbonfasern in UD-Material und isotropem Carbonfaservlies bestimmt. Die abgebildeten Polardiagramme zeigen Ergebnisse von Beispielmessungen.  

Beispielhafte Darstellung der Homogenität einer Vliesstoffprobe und der Erstellung von Kalibrierkurven
© Fraunhofer IGCV
Beispielhafte Darstellung der Homogenität einer Vliesstoffprobe und der Erstellung von Kalibrierkurven

Neben der Orientierung der Carbonfasern im Vlies soll auch die Homogenität, das Flächengewicht und der Faservolumengehalt des Vlieses während der Produktion überwacht werden, um die Qualität der Vliesstoffe aus recycleten Carbonfasern zu steigern. Durch die Forschungspartner ITA Augsburg und Fraunhofer IGCV, welche sich beide am Technologiezentrum Augsburg befinden und starke Kontakte in die carbonfaserverarbeitende Industrie besitzen, werden die Wirbelstrom-Sensoren evaluiert und bewertet. Die Vorgehensweise des Fraunhofer IGCV ist exemplarisch in folgender Abbildung gezeigt. Einerseits kann mit dem Wirbelstromsensor die Homogenität von Vliesstücken bewertet werden, andererseits auch eine Kalibrierkurve aus vielen Vliesstücken ermittelt werden, welche für die Inline-Anwendung eine Grundlage darstellen kann.

Parallel zu der Sensorevaluierung erarbeitet der Partner CIKONI eine Simulationsmethode zur Vorhersage der mechanischen Materialeigenschaften auf Basis der gemessenen Parameter und vergleicht diese mit dem realen Verhalten von Carbonfaserkunststoffen aus rCF-Vliesstoffen.

Weitere interessante Referenzprojekte zu diesem Thema:

 

MAI Carbon »CaRinA«

»CaRinA« Carbonfaser Recyclingwerkstoffe für industrielle Anwendungen.

 

MAI Scrap SeRO

Hochorientierte Nassvliese aus recycelten Carbonfasern – Vom Abfall zum Sekundärrohstoff

 

WiPull

Normierung des Einzelfaser-Auszugsversuchs zur Vermessung der Faser-Matrix-Haftung.

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