Kohlenstofffaser während der Carbonisierung im Kaltwandreaktor mit Faserdirektheizung Foto: Fraunhofer IWS

Teure Faser günstiger herstellen

Leichtbau

Dresdner Wissenschaftler des Fraunhofer IWS und der TU Dresden haben eine neue energieeffiziente Verfahrens­kette zur Herstellung von Kohlenstofffasern entwickelt. Kernpunkt ist die Umwandlung von Präkursor-PAN-­Fasern durch Stabilisierung, Carbonisierung und Grafitisierung. Damit kann künftig die Herstellung von Kohlenstofffasern deutlich preiswerter werden.

Kohlenstofffasern gelten wegen ihrer guten mechanischen Eigenschaften als die leistungsstärkste Faser für die Verstärkung von Matrizes (zum Beispiel Duroplaste, Thermoplaste, Beton, Keramik) im Leichtbau. Hochrechnungen des Carbon Compo­sites e.V. prognostizieren einen globalen Bedarf von über 115.000 t bei Wachstumsraten von ungefähr 12 % pro Jahr bis zum Jahre 2021.
Kohlenstofffasern sind sehr teuer. Für den Durchbruch bei Automobilanwendungen müssen die Kosten sinken, von derzeit 18 EUR auf 10 EUR/kg

für 24k-Filamentgarne. Ein Drittel des Preises resultiert aus den Kosten für die thermischen Prozesse (Stabilisierung und Carbonisierung der Faser). Derzeit werden am Fraunhofer IWS unterschiedliche Verfahren der Faser­direktheizung für die Stabilisierung, Carbonisierung und Grafitisierung sowie deren Kombination als Gesamtprozess untersucht. Die kommerziellen Ofenprozesse mit ihren Grenztemperaturen dienen dabei als Benchmark. Als alternative Heizvorrichtung werden eine lineare Niederdruckplasmaquelle und ein Kaltwandreaktor mit Faser­direktheizung verwendet. Mit diesen neuen Vorrichtungen konnten Kohlenstofffasern deutlich kostengünstiger hergestellt werden, die vergleichbare Eigenschaften wie die konventionell hergestellten Fasern aufweisen.

 

Aufmacherbild: Fraunhofer IWS