Development of a multiaxial fabric out of untwisted flax slivers for high-performance composites

Abstract

Flax fibers represent an ecological alternative for glass and carbon fiber reinforced plastics (FRP). Although flax fibers have valuable properties for applications in FRP, they are currently not fully exploited. Today, flax FRP are mostly used in components with low-mechanical loads. This research presents a solution that could enable the application of flax fiber in the FRP industry for structural components. The solution presented here is the production of a multiaxial fabric reinforcement out of untwisted flax fiber slivers. This fabric allows to maximize the potential of flax fibers, exploiting the mechanical properties of flax fibers and skipping the spinning process that is expensive and has an important ecological footprint. However, in order to process the untwisted flax slivers into a multiaxial fabric, the multiaxial warp-knitting machine has to be adapted. The aim of this work is the investigation and validation of a new weft-insertion system, adapted for the processing of untwisted flax slivers. Untwisted flax slivers are hard to handle, they tend to get loose or break during production. In this research, different guiding and spreading systems are presented and evaluated. After evaluating all the solutions on the basis of implementability, costs and installation space, a system with guiding rollers and an air spreading device method were selected for further testing. A test stand was constructed, allowing to validate the solution and to determine the influencing parameters of the guiding and spreading of the slivers. After a kinematic study of the multiaxial warp-knitting machine, the construction of the new system was initiated. But the new system could not be incorporated to the machine over the project period, as the construction took longer than planned. It was therefore not possible to produce the multiaxial flax fabric.

As fibras de linho representam uma alternativa ecológica para compósitos com fibra de vidro e carbono. Embora as fibras de linho tenham propriedades valiosas para aplicações em compósitos, elas atualmente não são totalmente aproveitadas. Hoje, compósitos de linho são usados principalmente em componentes com baixa carga mecânica. Esta pesquisa apresenta uma solução que poderia permitir o emprego de fibra de linho na indústria de compósitos para componentes estruturais. A solução apresentada aqui é a produção de um reforço de tecido multiaxial a partir de fitas de linho sem torção. Este tecido permite maximizar o potencial das fibras de linho, explorando as propriedades mecânicas da fibra e evitando o processo de fiação que é caro e tem um importante ônus ecológico. No entanto, a fim de processar as fitas de linho sem torção em um tecido multiaxial, a máquina de produção destes tecidos tem de ser adaptada. O objetivo deste trabalho é a investigação e validação de um novo sistema de inserção de trama, adaptado para o processamento de fitas de linho sem torção. Fitas de linho sem torção são difíceis de manusear, elas tendem a quebrar durante a produção. Nesta pesquisa, diferentes sistemas de condução e espalhamento são apresentados e avaliados. Depois de avaliar todas as soluções com base na viabilidade, custos e espaço de instalação, um sistema de rolos de condução e um dispositivo de espalhamento de ar foram selecionados para testes adicionais. Uma bancada de testes foi construída, permitindo validar a solução e determinar os parâmetros de influência de condução e espalhamento das fitas. Depois de um estudo cinemático da máquina de tecido multiaxial, a construção do novo sistema foi iniciada. Mas o novo sistema não pôde ser incorporado à máquina durante o período do projeto, pois a construção levou mais tempo do que o planejado. Portanto, não foi possível produzir o tecido de linho multiaxial.