3DL unter dem Mikroskop


Bill Pearson ist der Technische Leiter bei der Produktionsstätte von North in Minden, Nevada. In seiner Rolle als Produktmanager von 3DL® agiert der Segelmacher mit technischem Produktionsabschnitt auch als „Übersetzer” zwischen den sechs Vollzeit-3DL-Ingenieuren und North-Segelmachern und den Vertriebsleuten. Bei Pearson und 3DL gibt es immer etwas Neues.
Electron microscope image of 3DL laminate demonstrates how vacuum bagging at one atmosphere of pressure (approx. 1,800 lbs. per square foot) conforms Mylar laminate films closely around yarns to minimize harmful voids in the laminate.© North Sails „Ich habe kürzlich eine Reihe von 3DL-Segel-Mustern unter einem Rasterelektronenmikroskop untersucht, um genau zu überprüfen, wie das 3DL-Laminat im Vergleich zu Segeln aussieht, die in flachen Abschnitten laminiert werden, bevor sie in einem Segel zusammengefügt werden. Wir haben herausgefunden, dass viele dieser anderen Segel zahlreiche Lücken im Laminat aufweisen, weil sie mit wenig oder gar keinem Vakuumdruck geformt werden. Das Mikroskop hat gezeigt, dass 3DL-Laminate durchgängig Klebstoff und Fasern aufweisen (oben), jedoch bei einigen anderen Laminaten viele Lücken vorhanden sind – Stellen, an denen der Klebstoff fehlt, Stellen mit Luft, an denen Faser oder Folie sein sollte. Das ist ein eindeutiges Zeichen einer schwachen Materialverbindung, die nicht annähernd so gut zusammenhalten wird wie ein aus durchgehender Faser und Folie gefertigtes Laminat.“

Closeup of 3DL laminate shows laminate films tightly conforming to structural yarn with a minimum of voids.© North Sails „Ein anderer Aspekt, den das Mikroskop enthüllt hat, ist der Unterschied zwischen der Verwendung von Vakuumdruck, der bei der Herstellung von 3DL eingesetzt wird, und der Laminat-Herstellung, bei der Druck-Walzen verwendet werden. Mit dieser Methode wurden ein paar der zum Vergleich herangezogenen Segel produziert. 3DL-Segel-Material wird in einer Atmosphäre mit einem Vakuumdruck von ca. 1.800 lbs pro Quadratfuß produziert. Ein Teil der Materialien der anderen Segellaminate wird produziert, indem flache Bahnen aus Folie und Faser durch Walzen geschoben werden, die ohne Vakuumdruck das Material zusammenpressen. Der Unterschied ist, dass bei 3DL der Effekt des Vakuumdrucks zusammen mit dem Aushärtungsprozess unter Hitzezufuhr zum Einsatz gebracht wird, um im Ergebnis die Folie um die einzelnen Fasern herum zusammenzuschrumpfen. Wir nennen diesen Prozess ‚das Verdichten der Laminate', denn das Vakuum wird zwischen den Schichten aufgebaut und zieht die Folien fest um die Fasern. Das Resultat ist ein Laminat aus fester Folie und Fasern. Versucht man, Segelmaterial einfach durch Druckeinwirkung von außen zu laminieren, wie das bei den meisten Materialien der anderen Segel der Fall ist, kann die Walze nicht die Folie in sämtliche Lücken um die Faser herum hineindrücken, egal, wie viel Druck aufgebaut wird. Es werden immer Lücken im Material bleiben.”

© North Sails „Das traditionell laminierte Segeltuch zur Verwendung in aus Bahnen gefertigten Segeln wird unter Verwendung einer Andruckwalze hergestellt, was gut funktioniert. Warum also sollte es weniger effektiv sein in den anderen, mit 3DL vergleichbaren Segeln? Die Antwort liegt in der Symmetrie und dem Profil. Bei laminiertem Segeltuch ist der Faden oder das Gewebe symmetrisch mit mehreren Einzelfäden pro Zentimeter, deren Richtungsverlauf einheitlich ist, und das Muster wiederholt sich über die Breite der Walze. Die Idee hinter den 3DL und vergleichbaren Segeln ist, eine größere Faserdichte an den Stellen zu haben, wo die Lasten auftreten, und weniger Faser in anderen Bereichen, wo es nicht erforderlich ist. Somit wird hier die Faser effizienter verwendet. Ganze Faser-Bündel sind an den Stellen konzentriert, wo die hohen Lasten auftreten, so dass das Laminat keine gleichmäßige Dicke aufweist. Zusätzlich verlaufen die Fasern bei last-orientierten Segeln in eine Vielzahl von Richtungen und nicht alle in Längsrichtung des Gewebes, wie es bei Segeltuch der Fall ist. Damit kreuzen sich viele Fasern und erschweren es zusätzlich, mit der Walze die Folie bis in die nur millimeterkleinen Lücken zwischen den Fasern zu pressen. Deshalb verwenden wir bei der Herstellung der 3DL-Segel Vakuumdruck.“


„Des Weiteren habe ich festgestellt, dass die Fasern eines typischen 'Vergleichs-Segels' in Harz getränkt sind. Nach unseren Erfahrungen ist das der falsche Weg, um ein flexibles Laminat zu konstruieren. Für die Langlebigkeit eines Segels ist es weitaus besser, die Faser mit Harz zu überziehen anstatt sie darin zu tränken, denn harzgetränkte Fasern, wie sie der Bootsbauer beim Laminieren eines Rumpfes oder Decks aus Glasfaser, Carbon oder Aramid verwendet, ergeben einen Verbund mit steifen Fasern. Das macht sie viel unbiegsamer. Bei der Konstruktion eines Verbundstoffes für eine Flugzeugtragfläche oder einen Bootsrumpf ist die Durchtränkung mit Harz notwendig. Wenn man jedoch Segelmaterial herstellt, ist der richtige Weg, die Fasern mit Harz zu überziehen, weil das produzierte Verbund-Laminat flexibel sein muss. Beim Überziehen mit Harz kann die Oberfläche der Fasern an der 3DL-Folie haften, während die innen liegenden Fäden des Faserbündels noch genug Bewegungsfreiheit haben und sich ausrichten können - anstatt zu brechen – wenn sich das Segel biegt.“