Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Carbonfasern für den Einsatz in Bauteilen mit "hoher Elastizität" unter Verwendung cellulosischer Präkurfasern aus dem Trocken-Nass-Spinnverfahren auf Basis ionischer Flüssigkeiten (CELLIOCARB)

Die heute eingesetzten Carbonfasern (CF) aus Polyacrylnitril und Pech besitzen Bruchdehnungswerte von 1-2%, die für viele Anwendungen, z. B. im Sport (Fahrradsattelstützen), und im Bau- (Textilbeton) oder Transportwesen, zu gering sind. In vorangegangenen Arbeiten konnten Cellulose-basierte CF in einem kontinuierlichen Prozess aus einer hochfesten Viskosefaser hergestellt werden. Sie zeigten ein von PAN-basierten CF abweichendes Eigenschaftsprofil: Trotz der für eine Cellulose-basierte CF hohen Zugfestigkeit von 2.0 GPa lag die Dehnung bei 3%. Die Prozessparameter der Carbonisierung und die Verwendung von Additiven zur Ausbeutenerhöhung (von 38% auf 83% der Theorie) wurden an den DITF eingehend untersucht. Als weitere Optimierungsmöglichkeit steht nun die Präkursorfaser im Fokus. Die bisher genutzten Rayonfilamenttypen sind nicht für die Anwendung als CF-Präkursor optimiert, sie besitzen unregelmäßige Querschnitte und eine Porosität in der Meso- und Nanoskala. Verbesserungspotenzial bietet hierbei die Spinntechnologie mittels ionischer Flüssigkeiten, welche die materialeffiziente, ressourcenschonende Herstellung hochfester Cellulosefasern im Trocken-Nass-Spinnverfahren erlaubt. Nach diesem Verfahren hergestellte Fasern besitzen bestmögliche Präkursoreigenschaften, da sie runde Querschnitte haben und kompakt sind. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll die Präkursorfaser-Herstellung mit der IL-Technologie im Hinblick auf die CF-Qualität optimiert werden. Zudem erfolgen die Anpassung der Carbonisierungsparameter für den neuen Präkursor und die Untersuchung der resultierenden Bauteileigenschaften an Hand einer Sattelstütze. Weitere interessante Anwendungen sind im Bauwesen angedacht, wie z.B. im Textilbeton. Der Einsatz einer flexiblen und kostengünstigen Cellulose-basierten CF aus nachwachsenden Rohstoffen bietet große Wettbewerbsvorteile für die CFK-Hersteller und –Verarbeiter - vorwiegend KMU`s - durch neuartige, innovative Verbundwerkstoffe.