Fiber–metal hybrid composites are widely used in high-tech industries due to their unique combination of mechanical, toughness and ductile properties. Currently, hybrid materials made of metals and high-performance fibers have been limited to layer-by-layer hybridization (fiber–metal laminates). However, layer-by-layer hybridization lacks in fiber to fiber mixing, resulting in poor inter-laminar interfaces. The objective of this paper was to establish the fundamental knowledge and application-related technological principles for the development and fabrication of air-textured commingled yarn composed of glass (GF), stainless steel (SS) and polyamide-6 (PA-6) filaments for fiber–metal hybrid composites. For this purpose, extensive conceptual, design and technological developments were carried out to develop a novel air-texturing nozzle that can produce an innovative metallic commingled yarn. The results show that an innovative metallic commingled yarn was developed using fiber–metal hybrid composites with a composite tensile strength of 700 ± 39 MPa and an E-modulus of 55 ± 7. This shows that the developed metallic commingled yarn is a suitable candidate for producing metal–fiber hybrid composites.
Aktuelle Trends in den Bereichen Materialeffizienz, Elektromobilität und CO2-Reduktion einerseits sowie erhöhte Sicherheits- und Leistungsanforderungen andererseits verlangen neuartige Materialkonzepte für eine definierte Einstellung von Bauteileigenschaften sowie die dazugehörigen Fertigungstechnologien. Dies kann insbesondere durch eine anforderungsgerechte Kombination von herkömmlichen Faserverbundwerkstoffen (FKV), die über eine hohe Steifigkeit und Festigkeit verfügen mit metallischen Werkstoffen, die sich durch ihre ausgeprägte Duktilität und einem damit verbundenen höheren Energieaufnahmevermögen, erzielt werden. Aktuelle Lösungen dafür beschränken sich einerseits auf die Hybridisierung verschiedener Monomaterialgarne auf Mesoebene und andererseits auf schichtweise aufgebaute FKV-Metall-Laminate (FML). Solche FKV-Metallverbunde haben jedoch spezifische Nachteile: unzureichende Durchmischung der Komponenten, sehr hohe Herstellungskosten und großflächige interlaminare Grenzflächen zwischen Metallblech und Matrix. Daher war das Ziel dieser Arbeit die Erarbeitung von Basiswissen und anwendungsbezogenen technologischen Grundlagen zur Entwicklung und Fertigung von auf Mikroebene durchmischten Multimaterialgarnkonstruktionen aus Metall- und Hochleistungsfasern für den Einsatz in Faser-Metall-Hybridverbunden.
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