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ePaper created 2017-03-14, 09:55:24 | version 1.49.03
CHEMIE UND PROZESSINDUSTRIE 1 2 CARBOPREC – KOHLENSTOFFFASERN AUS NACHWACHSENDEN RESSOURCEN M orit z L es chinsk y, Chris tine Roßb erg, Maik Tretbar, Daniela Pufk y - H einrich, Jakob Bar z Ausgangssituation In immer mehr industriellen Anwendungen steigt die Nach- frage nach Hochleistungsverbundwerkstoffen. Dies erfordert neue, verbesserte Produktionsmöglichkeiten zur Herstellung von Kohlenstofffasern. Zurzeit werden aufgrund der her- ausragenden technischen Eigenschaften über 80 Prozent der Kohlenstofffasern auf Basis von Polyacrylnitril (PAN) als Ausgangsstoff (Precursor) hergestellt. Allerdings ist dieses Polymer teuer und nur in begrenzter Menge verfügbar, was die Anwendung von Kohlenstofffasern aktuell auf wenige Premiumsektoren begrenzt, in denen die beträchtlichen Kos- ten zugunsten der hohen Leistungsfähigkeit toleriert werden können. Um Kohlenstofffasern auch in weiteren Branchen wie dem Automobilbau oder dem Bau von Windkraftanlagen ein- setzen zu können, müssen günstigere Precursor-Materialien entwickelt werden. Vorgehensweise Im EU-Projekt »CARBOPREC« arbeiten 14 Partner aus sieben Ländern gemeinsam an der Entwicklung von zwei neuen Precursor-Materialien auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen, die in Europa in Form von Lignocellulose gut verfügbar sind: Cellulose und Lignin. Dabei werden in beiden Fällen Kohlenstoffnanoröhren (engl. Carbon Nanotubes, CNT) als Verstärkung eingesetzt und neue Produktionsverfahren entwickelt. Die Herstellungsverfahren der Precursoren sind dabei stark abhängig von der makromolekularen Struktur der einge- setzten Rohstoffe. Cellulose wird im Rahmen des Projekts aus kommerziell erhältlichen Zellstoffen in Reinform isoliert und dann in einem phosphorsäurebasierten Nassspinnver- fahren als Multiilament gesponnen. Lignin wird mithilfe des Organosolv-Verfahrens in Reinform aus Holz isoliert, mit CNT und weiteren Polymeren compoundiert und anschließend aus der Schmelze als Multiilament gesponnen. Die verschiedenen Prozessstufen von der Gewinnung der Roh- stoffe, über die Faserherstellung, -stabilisierung und -karboni- sierung bis hin zur Endanwendung in Demonstrator-Bauteilen sind Gegenstand des Vorhabens. Modiiziertes Organosolv-Verfahren optimiert Lignineigenschaften Das Fraunhofer CBP arbeitet im Projekt federführend an der Isolierung und Eigenschaftsoptimierung der Rohstoffe Lignin und Cellulose. Mit dem am Institutsteil Leuna im Pilotmaßstab etablierten Organosolv-Verfahren wurde durch Variation der Prozessbedingungen und durch die Auswahl verschiedener Lignocellulosen zunächst systematisch an der Optimierung der Lignineigenschaften gearbeitet. Anschließend wurden über 150 Kilogramm der optimierten Lignine hergestellt und dem Konsortium zur Herstellung von Demonstratoren übergeben. Die so produzierten Lignine weisen dabei gegenüber kom- merziell bereits erhältlichen Ligninen besonders vorteilhafte Spinneigenschaften auf. Ebenso wurden in Leuna ein an der Universität Hamburg entwickeltes Extraktionsverfahren von Zellstoff erfolgreich in den Pilotmaßstab übertragen und somit 120 Kilogramm Che- miecellulose für die Nassspinnversuche im Projekt hergestellt. 7 8