Abschluss des von der EU finanzierten PreCarBi-Projekts zur Simulation der Flüssigharzinjektion bei neuen Verbundstoffen

ESI Group (ISINFR0004110310), ein wegbereitender und weltweit führender Lieferant digitaler Simulationssoftware für Prototypenentwicklung und Fertigungsprozesse, gibt den Abschluss des europäischen Forschungskonsortiums PreCarBI bekannt. An dem Projekt, das vor drei Jahren von ESI initiiert wurde, waren elf Partner aus neun Ländern beteiligt. Hauptziel war die Entwicklung einer neuen Generation von Bindered Composite Materials (Verbundmaterial mit Binder) und entsprechender Simulationswerkzeuge für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft und Raumfahrtindustrie.

Hintergrund

Hersteller hochentwickelter Verbundstoffe verwenden heute entweder mehrere Lagen aus vorimprägnierten Materialien (sog. Prepregs), um daraus ein Laminat herzustellen, oder das Harzinjektionsverfahren (sog. Liquid Composite Molding oder LCM). Aufgrund der schlagzähmodifizierten Harze und des hohen Fasergehalts in einer gezielt angeordneten Verbundstruktur bieten Prepreg-Verbundsstoffe generelle Vorteile in Bezug auf Steifigkeit, Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit. Die Herstellung dieser Materialien ist jedoch teuer, kompliziert und aufwändig in der Herstellung, zudem lassen sie sich nur begrenzt formen und haben eine eingeschränkte Haltbarkeit. LCM-Technologien können diese Nachteile zwar aufheben, benötigen für die Injektion jedoch Harze mit niedriger Viskosität und können Mängel bezüglich der Faserausrichtung aufweisen. Beides führt zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, die bei vielen strukturellen Anwendungen im Luftfahrtbereich inakzeptabel ist. Hier setzte das PreCarBi-Projekt an, um eine Verbesserung der LCM-Werkstoffe zu erreichen.

Projektziele

Wissenschaftliches Ziel des PreCarBi-Konsortiums war die Entwicklung neuer Binder Composite Materials, die Preform-Designs ermöglichen, die unter hohen Temperaturen hergestellt und geformt werden können bzw. das Hinzufügen lokaler Verstärkungen unter hohen Temperaturen erlaubten. Die daraus resultierende Forschung gilt als wichtiger Beitrag, die Wettbewerbsfähigkeit fortschrittlicher LRI-Technologien (Liquid Resin Infusion – Flüssigharzinjektion) gegenüber den teuren und komplizierten Prepreg-Verbundstofftechnologien zu erhöhen.

Die ESI GmbH übernahm die Koordination dieses Konsortiums. Ein weiterer wichtiger Beitrag von ESI zu diesem Projekt war die numerische Analyse von Formung, Injektion und mechanischem Verhalten von Materialien für industrielle Anwendungen im Luft- und Raumfahrtbereich mittels RLI-Technologie.

Geleistete Arbeiten

Für das PreCarBi-Projekt wurden drei Hauptmaterialkategorien berücksichtigt:

• Neue Bindergarne, die von Tenax in einem iterativen Prozess bis zum Erreichen der gewünschten Leistungsfähigkeit entwickelt wurden.
• Kompatible Harze, entwickelt von Huntsman,
• Umsetzung neuer Binder Composite Materials in industriell vorgeformte Teile (gewebte oder Non-crimp Gelege), hergestellt von Sigmatex und Airbus Operations GmbH.

Zusätzlich wurden von weiteren Forschungspartnern umfassende Untersuchungen zur Materialcharakterisierung sowie Tests durchgeführt, um die erreichten Verbesserungen direkt bei Verfügbarkeit der neuen Materialien zu bewerten und zu quantifizieren.

Ausgehend von diesen Bemühungen konnte ESI die Simulationslösungen PAM-QUIKFORM und PAM-RTM - Lösungen zur Thermoverformung und Herstellung von Kunststoffen und Verbundstoffen - um die industrielle Simulation für Drapierung und LRI von Bindegarnverbundstoffen ergänzen. In der zweiten Projekthälfte testeten Partner aus der Industrie die neuen Materialien, indem sie diese bei ausgewählten industriellen Problemstellungen einsetzten, bei denn üblicherweise nur Prepreg-Technologien verwendet werden. In dieser Phase fand eine enge Zusammenarbeit zwischen ESI und den Industriepartnern statt, um Unterstützung bei der simulationsbasierenden Konstruktion zu leisten und die gefertigten Strukturen zu validieren. Die Universität Patras arbeitete an der Entwicklung eines Kostenanalysewerkzeugs, um die Kosteneinsparungen gegenüber der Prepreg-Herstellung quantifizieren zu können.

Insgesamt beteiligten sich an dem von der ESI GmbH koordinierten Forschungskonsortium zwei Flugzeughersteller (Airbus und Eurocopter), ein Direktlieferant (FACC), drei Materialhersteller (Toho Tenax Europe, Sigmatex und Huntsman Advanced Materials (Switzerland) GmbH), ein anbieter von Programmen zur digitalen simulation (die ESI Group) sowie vier Universitäten und Forschungsinstitute (Universität Cranfield, IPM Lettland, Universität Patras und SICOMP).

Zum Abschluss des Forschungsprojekts wurden an drei industriellen Vorführteilen verschiedene Drapierungs- und Injektionsstrategien mit den neuen Materialien ausprobiert sowie die Umsetzbarkeit der LCM-Herstellung analysiert.

"Verbundstoffe sind bei vielen hochentwickelten strukturellen Anwendungen im Luftfahrtbereich zum bevorzugten Material geworden, aber es ist weitere Forschung vonnöten, um kostengünstigere Herstellungs- und Simulationsverfahren zu bestimmen, mit denen Konstruktion und Fertigung optimiert werden können", sagte Dr. Anthony Pickett, wissenschaftlicher Leiter bei der ESI GmbH. "Das PreCarBi-Projekt hat einen wesentlichen Beitrag zu einem neuen Binder-Verbundwerkstoff geleistet, der bedeutsame Auswirkungen für die Verbundstoffhersteller und auch die gesamte Luftfahrtindustrie haben wird."

Über ESI Group

ESI ist ein weltweit führender und wegbereitender Lieferant von digitaler Simulationssoftware für Prototypentwicklung und Fertigungsprozesse unter Berücksichtigung der physikalischen Materialbeschaffenheit. ESI hat eine umfangreiche Suite zusammenhängender, branchenorientierter Anwendungen entwickelt, um das Verhalten eines Produkts im Test realistisch zu simulieren, Herstellungsprozesse exakt an die gewünschte Produktleistung anzupassen und Umgebungseinflüsse auf die Produktleistung abzuschätzen. Die Produkte von ESI bieten eine einzigartige kollaborative und offene Umgebung für simulationsbasiertes Design, mit dessen Hilfe virtuelle Prototypen kontinuierlich und gemeinschaftlich verbessert werden können, ohne physikalische Prototypen für die Produktentwicklung zu benötigen. Das Unternehmen beschäftigt mehr als 750 hochgradige Spezialisten in mehr als 30 Ländern. Die ESI Group wird in Compartment C der NYSE Euronext Paris notiert. Weitere Informationen erhalten Sie unter www.esi-group.com.

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