Im Gegensatz zu traditionellen Werkstoffen mit duktilem Verformungsverhalten versagen Carbonfasern (CFn) verstärkte Kunststoffe (CFK), Aufgrund der spezifischen Materialeigenschaften, häufig fatal. Ein wichtiger Einflussfaktor ist hierbei die Bruchdehnung (maximal zwei Prozent) der als Verstärkungskomponente genutzten CFn. Ihre geringe Dehnbarkeit und ihr Sprödbruchverhalten wirken sich bei der Auslegung von CFK-Bauteilen oft nachteilig aus. Die Entwicklung von CFn mit höherer Bruchdehnung ist deshalb in den Fokus gerückt, da mit den derzeit Verfügbaren CFn der Verwendung dieser nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Hinzukommt, das CFn aus ausschließlich aus Erdölbasierten Materialien hergestellt werden, wobei mit ca. 98 % Polyacrylnitril (PAN) derzeit der wichtigste CF-Präkursor ist. Bei der Carbonisierung von PAN-Präkursoren entstehen erhebliche Mengen an toxischen Pyrolysegasen, was unter ökologischer Betrachtung ein deutlicher Nachtteil ist und zusätzliche Prozesskosten generiert.
Aus diesen Gründen werden weltweit Forschungsanstrengungen unternommen, um alternative Präkursoren zu entwickeln die preiswerter, energieeffizienter und umweltfreundlicher sind und neue Eigenschaftsprofile (hinsichtlich der Bruchdehnung) aufweisen. Präkursorsysteme biogenen Ursprungs sind dabei von besonderem Interesse, da sie preisgünstig und in großen Mengen verfügbar sind. Cellulose ist hierbei stark im Fokus, da bei der Konvertierung zu CFn keine toxischen Gase freigesetzt werden. Ein wichtiger Schlüssel zur optimalen CF sind die Präkursorfasern, die unteranderem möglichst Defektfrei sein sollte.
35 Seiten, 16 Abbildungen, 10 Tabellen
Bearbeitungszeitraum:
01.09.2020 – 31.12.2023
Autoren:
Dr. rer. nat. Antje Ota
Dr. rer. nat Marc Philip Vocht
Forschungsstelle:
DITF – Institut für Textilchemie und Chemiefasern
Erschienen:
31.03.2024
