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Publikation liefert Grundlagen für Kohlenstofffasern aus nachwachsenden Rohstoffen
Ein interdisziplinäres Team aus dem IPF und der TU Dresden hat kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Progress in Materials Science eine umfassende Analyse und Datenbank zur Struktur- und Morphologie-Bildung von Kohlenstoff- und Graphitfasern aus organischen Polymerwerkstoffen veröffentlicht.
Mit einem CiteScore-Indikator von 30,87 für das Jahr 2017 rangiert das Journal nach Angaben des Portals Scopus® (Elsevier B.V.) auf Platz zwei unter allen internationalen Fachzeitschriften im Bereich der Werkstoffwissenschaften.
Die Bedeutung der veröffentlichten Ergebnisse liegt u. a. in der Möglichkeit, mit den erreichten Erkenntnissen für diverse Leichtbauanwendungen neuartige, leistungsfähige, kostengünstige und zeitgleich massentaugliche Kohlenstofffasern auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen wie dem Holzstoff Lignin nachhaltig und zielgerichtet herzustellen. Profitieren davon können vor allem die Automobilindustrie und die Windenergie-Branche.
Aktuell werden Kohlenstofffasern für Verbundwerkstoffe überwiegend aus dem fossilbasierten Ausgangsstoff (Präkursor) Polyacrylnitril (PAN) oder aus Pech gewonnen. Diese Abhängigkeit vom Erdöl und den bisher etablierten produktionseinschränkenden Herstellungstechnologien, wie z. B. Nassspinnverfahren und konventionelle oxidativ-thermische Stabilisierungsmethoden, sowie der damit verbundene hohe Materialpreis und die limitierte Verfügbarkeit führen dazu, nach Alternativen sowohl werkstofflich als auch herstellungstechnisch zu suchen.
Von besonderem Interesse für die Kohlenstofffasergewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen ist dabei Lignin, das ca. 20 bis 30 Prozent der Trockenmasse verholzter Pflanzen ausmacht und als Nebenprodukt der Papierindustrie anfällt.
Die technische Umsetzung zu neuen Lignin-basierten Kohlenstofffasern mit Hilfe eines Präkursor-angepassten speziellen hochskalierbaren Faserspinnverfahrens erfolgt nach ersten Vorversuchen zurzeit in enger Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Tampere (Tampere, Finnland). Ziel ist dabei die Entwicklung eines industriell umsetzbaren Prozesses, mit dem Lignin auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse so aufgearbeitet werden kann, dass daraus eine leistungsfähige, kostengünstige und massentaugliche Kohlenstofffaser entsteht.
Federführend wird die komplexe Themenstellung des Projekts von Herrn Muhannad Al Aiti bearbeitet. Sie ist Teil seiner Promotionsarbeit, die er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden und als Gastwissenschaftler/Doktorand am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. bei Professor Gert Heinrich anfertigt.
Das große Interesse an den Arbeiten führte bereits zu diversen Vortragseinladungen, zur Anfrage nach einem EU-Projektvorhaben und zur Einladung von Herrn Al Aiti zu einem Forschungsaufenthalt an die Deakin University in Melbourne, Australien. Ein international führendes Forscherteam an dieser Universität beschäftigt sich mit der Haftung und Anbindung von Kohlenstofffasern an die jeweiligen Polymermatrices in entsprechenden Verbundmaterialien und kooperiert dazu bereits mit Forschern aus der Abteilung Verbundwerkstoffe des IPF.
On the morphology and structure formation of carbon fibers from polymer precursor systems www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642518300720
DOI: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.07.004
Pressemeldung der Technischen Universität Dresden
Kontakt
Muhannad Al Aiti, M. Sc.
(Arbeitsgebiet: Carbon Fibers Research: Melt spinning / Pseudo-melt spinning)
Tel.: +49 (0)351 4658 479 oder +49 (0)351 463 42770
Prof. Dr. rer. nat. habil. Gert Heinrich - Tel.: +49 (0)351 4658 485
23.07.2018