Laut einem Bericht von Composites World vom 5. Dezember hat das Forschungsteam der Montana State University in den letzten vier Jahren ein innovatives Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffasern unter Verwendung der Stretch Break-Methode entwickelt. Diese Kohlefaser ist beim Formen der komplexen Formen von Flugzeugen einfacher zu handhaben und kann die Herstellungskosten erheblich senken. Das Projekt wurde von der US-Armee mit einer Gesamtinvestition von 25,8 Millionen US-Dollar finanziert.
Laut der Montana State University haben Forscher stark in die relevanten Forschungsbereiche investiert und nähern sich nun einem wichtigen Meilenstein. Die Forscher planen, die tatsächlichen Fertigungskapazitäten im kleinen Maßstab zu validieren, bevor sie die Technologie vollständig industrialisieren. Herkömmliche Kohlenstofffasern werden in der Luft- und Raumfahrt aufgrund ihrer hohen Festigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer Haltbarkeit häufig verwendet. Aber diese Fasern lassen sich nicht leicht biegen, daher erfordert die Herstellung einer engen Kurve, die perfekt in die Tragflächen eines Flugzeugs passt, komplexe und teure Produktionswerkzeuge und oft Metallstrukturen als Hilfsträger, deren Wartung und Reparatur das US-Militär Milliarden von Dollar pro Jahr kostet. Im Gegensatz dazu bestehen neue Kohlefasermaterialien --, die an der Montana State University -- entwickelt wurden, hauptsächlich aus präzise gestreckten Materialien, bei denen einige Fasern an natürlichen Schwachstellen gebrochen sind. Studien haben gezeigt, dass „Dehnung und Reißen“ von Kohlenstofffasern bei etwa gleicher Intensität um etwa das 8-fache gebildet werden kann. Dies bedeutet, dass Materialien mit einfacheren Geräten ohne die Hilfe von Metallstrukturen geformt werden können. Da die Faser leichter zu formen ist, erwarten Konservative, die Herstellungskosten um ein Viertel zu senken, sagten die Forscher. Obwohl das Konzept der Verbesserung der Formbarkeit von Kohlefaser durch Zerstörung von Teilen der Struktur bestehtjahrzehntelang existierten, haben sich einige der in der Vergangenheit angewandten Methoden (z. B. zufällige Schneidstoffe usw.) bewährt. Es wird die Festigkeit des Materials erheblich verringern. Die Idee des Zugbruchs ist auch keine neue Innovation, aber bis jetzt gab es keinen effektiven Weg, um einen konsistenten und effektiven Zugbruch auf eine Weise zu erreichen, die auf die industrielle Produktion ausgedehnt werden kann. Man kann sagen, dass das Konzept des „Stretching andDas Brechen von Kohlenstofffasern klingt einfach, ist aber sehr schwer zu kontrollieren.
Das Forschungsteam der Montana State University arbeitete mit mehr als 20 Unternehmen aus Montana zusammen, um ein neues Zugbruchwerkzeug namens Bobcat Head zu entwickeln und zu entwickeln. Wenn ein flacher Drahtstrang mit Tausenden von Kohlefaser-Monofilamenten schnell durch eine Reihe von Walzen läuft, wird eine präzise Kraft aufgebracht, um die defekten Fasern zu zerstören. Die Forscher stellten fest, dass in einem bestimmten Bereich nur etwa 2 Prozent der Faserbrüche auftraten. Anschließend analysierten die Forscher die Eigenschaften des erhaltenen Materials, indem sie die Fasern nach dem „Dehnen und Brechen“ in komplexe Formen bogen und mit Harzen fixierten, wobei sie sich darauf konzentrierten, zu testen, wie schwierig es zu formen ist. Experimente haben bewiesen, dass die Faser die gleichen mechanischen Eigenschaften wie das Material aus Endlosfasern hat, aber einfacher zu formen ist. Als nächstes planen die Forscher, die Produktion dieses „Stretch-Break“-Fertigungsgeräts zu erhöhen und Pilot-Demonstrationsanwendungen zu starten, um seine Eignung für den Einsatz in der tatsächlichen Fertigung zu validieren. Damit wird der Grundstein für die technische Zulassung von Luft- und Raumfahrtunternehmen gelegt, die Militär- und Zivilflugzeuge herstellen. Forscher gehen davon aus, dass das Material voraussichtlich in den nächsten Jahren in der Industrie eingesetzt wird. Derzeit hat das Programm die Aufmerksamkeit von Lieferanten fortschrittlicher Materialien und Luft- und Raumfahrtherstellern auf sich gezogen, und relevante Wissenschaftler und Ingenieure sind an die Montana State University gekommen, um die Materialien persönlich zu sehen, und sind gespannt darauf, Proben der vom Forschungsteam bereitgestellten Materialien zu erhalten. Sowohl die Luft- und Raumfahrthersteller als auch die Materiallieferanten haben großes Interesse an der Forschung gezeigt und glauben, dass sie, sobald die Nutzungsbedingungen gegeben sind, erhebliche Auswirkungen auf die Herstellung von Luft- und Raumfahrtausrüstung haben werden, sagten die Forscher.
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