Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe als Hochleistungsprodukte und Smart-Materials

Technische Textilien bekommen immer mehr Eigenschaften zugeordnet. So werden Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) bereits als vielversprechende Smart-Materials eingesetzt. Diese zählen zu einem speziellen Typus von Funktionsmaterialien, die Umweltreize wahrnehmen, auf sie reagieren und nach Abklingen des Reizes wieder in ihren Ausgangszustand zurückkehren können.

Schon seit 20 Jahren erfreuen sich FKV zunehmender Beliebtheit im Bereich der ressourceneffizienten Mobilität. Aufgrund ihrer hohen Steifigkeit bei gleichzeitig niedrigem Gewicht im Vergleich zu traditionellen Materialien wie Aluminium, Stahl oder Magnesium werden FKV als lasttragende Strukturen im Flugzeug-, Automobil-, Zug- und Schiffsverkehr eingesetzt.

Durch die Integration von Funktionsmaterialien in Schichtkonstruktionen werden sie mit strukturintegrierten Funktionen versehen; etwa in Form von Beleuchtung, De-lcing oder kontinuierlicher Strukturüberwachung sowie von Leit- und Aktivierungs-Funktionen. Sie werden also zu besagten Smart-Materials.

Als besonders vielversprechende smarte Materialien gelten Formgedächtnislegierungen (FGL), die sich durch eine große Energiedichte, ein hohes Krafterzeugungs-Potenzial sowie eine enorme Verformbarkeit und Stabilität in der Hochtemperaturphase auszeichnen. Die Integration der FGL während des Herstellungsprozesses von Verstärkungsgeweben gewährleistet in Bezug auf adaptive FKV (kurz AFKV) Langzeitstabilität, Reproduzierbarkeit und Kostenreduktion, so der Bericht von Moniruddoza Ashir, Jan Hindahl, Andreas Nockeund Chokri Cherif (Technische Universität Dresden) in der Fachzeitschrift Technische Textilien.

Die Forschung der Dresdner Wissenschaftler zeigt viel versprechende Ansätze bei Leichtbaustrukturen mit morphenden Fähigkeiten – und zwar dank der Entwicklung von AFKV basierend auf FGL-Aktoren. So wurde eine strukturelle Integration von FGL-Drähten in Verstärkungsgewebe vollautomatisch in einem einzelnen Prozessschritt und mit Hilfe der Web-(Textil-)Technologie umgesetzt.

Weitere Forschungsaktivitäten der Dresdner Forscher vom „Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik“ werden künftig darauf abzielen, die Entwicklung von adaptiven, verjüngten FKV mit lokal einstellbarer Biegesteifigkeit zu fördern, um letztlich einen noch größeren Verformungsgrad zu erreichen. Exemplarische Einsatzmöglichkeiten für die entwickelten AFKV gibt es zum Beispiel bei aerodynamischen Klappen oder Rudern, aber auch bei medizinischen Anwendungen für die humanoide Kinematik sowie bei diversen technischen Einsatzmöglichkeiten bei Spann- und Greifvorrichtungen.