Výšivka, tkanie alebo vinutie - umenie spracovania uhlíkových vlákien - VDI nachwärts

Nemecké múzeum v Mníchove venovalo vo svojom Centre pre nové technológie špeciálnu výstavu materiálovému uhlíku. Kurátori ukazujú, ako sa vyrábajú komponenty pre výrobu automobilov, kozmonautiku alebo lekársku techniku ​​z plastových nití a ktoré ďalšie oblasti životnosti budú plasty vystužené uhlíkovými vláknami v budúcnosti dobývať.

výšivka

Karoséria BMWi3 je prvou plne automatizovanou hromadne vyrábanou bunkou pre cestujúcich vyrobenou z uhlíka.
Foto: Deutsches Museum

Takmer každý človek mal niečo spoločné s uhlíkom: sú to svetre alebo prikrývky, ktoré sa predávajú napríklad pod značkami Dralon alebo Dolan. Medzitým je uhlík východiskovým materiálom pre ďalšie predmety každodennej potreby.

Tvrdý materiál: uhlík - materiál budúcnosti. Do 10. januára 2015, Mníchov, Deutsches Museum, Centrum nových technológií, Múzejný ostrov 1, denne od 9:00 do 17:00.

Začína sa to nenápadnou čiernou niťou z polyakrylonitrilu (PAN). PAN je tekutý plast, ktorý sa získava z ropy a obsahuje 68% uhlíka - základ pre živý (od baktérií po človeka) a neživý (diamant). Zvyšné zložky PAN sú dusík (26%) a vodík (6%).

Zatiaľ čo textílie odolávajú teplotám iba do 40 ° C a nemôžu tolerovať kyseliny, komponenty vystužené uhlíkovými vláknami sú technologicky vyspelé výrobky, ktoré sú odolné voči pevnosti v ťahu a ohybe, rozmerovo stále, tepelne odolné a chemicky odolné.

Výstava sa začína praním, praním a sušením: Na začiatku sa vytvorí vlákno, ktoré sa stane vláknom a nakoniec sa vlákna spoja do zväzkov. Potom to pokračuje navíjaním, stabilizáciou a karbonizáciou. To znamená, že vlákna sú krátko vystavené teplotám medzi 800 ° C a 1 500 ° C. Výsledkom je, že molekulárne reťazce tuhnú do pravidelných štruktúr podobných rebríku: tekuté vlákna PAN sa zmenili na pevné uhlíkové vlákna.

Séria vitrín ilustruje, ako je možné z tohto materiálu vyrobiť štýlové riadidlá čierneho horského bicykla: opletací stroj v spolupráci s robotom spracuje uhlíkové vlákna do rúrkovej textilnej štruktúry.

Časť sa potom umiestni do formy a namočí alebo obalí nosným materiálom (matricou). Jedná sa o tekutý plast, ktorý je vytvrdený a tvarovaný: riadidlá sú pripravené a je potrebné ich iba prebrúsiť a vyleštiť.

Návštevníci si môžu vyskúšať vlastnosti plastov vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP) na nasledujúcej výstavnej stanici: k dispozícii sú tri tyče vyrobené z CFRP, ocele a hliníka. S rovnakou hmotnosťou je CFRP silnejší ako dva klasické priemyselné materiály. To znamená, že pri rovnakej hmotnosti môžu komponenty CFRP uniesť väčšie zaťaženie alebo môžu nahradiť iné materiály, a tak prispieť k zníženiu hmotnosti.

Tkanie, vyšívanie, vinutie alebo kladenie - záujem o CFRP viedol k renesancii klasických metód spracovania z textilného priemyslu. Výsledok: „Inžinieri sa musia naučiť nepracovať s plechom, ale s vláknami,“ hovorí Rainer Kehrle, výkonný riaditeľ špičkovej klastrovej iniciatívy „MAI Carbon“ spoločnosti Carbon Composites e.V., ktorá výstavu navrhla spolu s Deutsches Museum.

Vlastnosti kompozitu závisia od matrice a je možné ich prispôsobiť potrebám používateľa: či už ide o budúcu pomocnú raketu (zosilňovač), ktorá dodáva nosnej rakete Ariane ďalší ťah a musí odolávať teplotám 2 000 ° C, alebo vozidlo -Brzda s keramickými komponentmi, ktoré musia stále perfektne fungovať pri 1000 ° C. Letecký a kozmický priemysel, automobilový priemysel, zdravotnícka technika alebo výroba nábytku - mnoho priemyselných odvetví oceňuje špičkový materiál, pretože drží svoj tvar, je mimoriadne ľahký (šetrí palivo) a nekoroduje. Z CFRP profituje aj lekárska technológia. Model protézy nôh ukazuje, ako sú komponenty vyrobené z CFRP kombinované s hydraulickými prvkami. Sofistikovaná elektronika umožňuje pacientovi pohybovať sa ako obvykle.

Ale menej komplikované pomôcky, ako napríklad ortopedická dlaha na nohy, sa dajú optimálne prispôsobiť tvaru tela pacientov s poškodenými nervami nohy.

Aj konštrukcia nábytku získava nový impulz od CFRP: študenti kurzu produktového dizajnu na Leibnizovom inštitúte pre výskum polymérov v Drážďanoch vypočítali pomocou nového počítačového programu optimálne štruktúry pre stoličku. Vyšívací stroj položil a zafixoval vlákna predtým, ako sa polotovar vytvaroval do stolice a zakryl sa plastom. Pre kurátorov Carbon Show je dôležité ukázať, že materiály CFRP umožňujú nové konštrukcie a môžu prevziať funkcie tradičných materiálov. „Vek CFRP sa ešte nezačal. Priemysel stále pracuje na automatizovaných procesoch na spracovanie CFRP vo veľkých sériách, “zdôrazňuje Rainer Kehrle.

Pre inžinierov to znamená, že musia vyvinúť lepšie alebo nové metódy na navrhovanie výrobkov alebo na výpočet pevnosti, ako aj vhodné výrobné procesy, napríklad na riadenie vykurovacích procesov.

Správy VDI kompaktné

Všetko, čo potrebujete vedieť na prvý pohľad. Zdarma vo svojej poštovej schránke každý piatok. Zostavili sme pre vás najdôležitejšie správy zo sveta technológií, aby vám nič neušlo.