06. Februar 2017 | Fibers & Filaments

Kompositwerkstoffe aus erneuerbaren Biomaterialien

Ziel des sogenannten ‚LIBRE-Projektes‘ (Lignin Based Carbon Fibres for Composites) ist die Entwicklung neuer, biobasierter Kompositmaterialien: Lignin aus der Zellstoff- und Papiererzeugung soll hierbei den Rohstoff für hochfeste Carbonfaser-Verbundwerkstoffe liefern.

Das bisher gängige Ausgangsmaterial für die Herstellung von Carbonfasern ist Polyacrylnitril (PAN), das aus fossilen Rohstoffen gewonnen wird. Die Möglichkeit, PAN durch Biomaterialien zu ersetzen, ist ein neuer Weg, um ressourcenschonend die steigende Nachfrage nach Carbonfasern zu decken. Lignin bietet sich hierfür an, da es als Zellstoffmaterial in der Papiererzeugung in großen Mengen als Abfall anfällt. Zudem ist der Kohlen-stoffanteil von Lignin hoch, eine gute Voraussetzung für die Gewinnung hochqualitativer Carbonfasern. 

Den Rohstoff zu ersetzen ist indes nicht das einzige Ziel des Forschungsprojektes: Die Umwandlung der sog. Präkursorfasern (Faser aus dem Ausgangsmaterial) in Carbonfasern geschieht über einen energie- und kostenintensiven thermischen Prozess. Neu ist der geplante Einsatz von Mikrowellen und Hochfrequenzstrahlung als effiziente Wärmequellen. Dadurch könnten lignin-basierte Carbonfasern wesentlich kostengünstiger und wettbewerbsfähiger werden.

Ein weiteres Forschungsziel ist die Oberflächenfunktionalisierung der Carbonfasern mittels eines Plasmas. Die Plasma-Behandlung soll als ernergiesparender und umweltverträglicher Prozess die nasschemische Behandlung ersetzen. Die Oberflächenfunktionalisierung verbessert die Haftung der Fasern an der Matrix von Faserver-bundwerkstoffen. Resultat sind Werkstoffe mit hohen spezifischen Festigkeiten, wie sie für viele Anwendungen im Leichtbau erforderlich sind.

Das ITCF Denkendorf kann auf eine langjährige Expertise in der Entwicklung und Herstellung von Hochleistungs-fasern zurückblicken. Innerhalb des Gemeinschaftsprojektes wird das ITCF in Kooperation mit anderen Partnern die Präkursoreentwicklung verantworten. Dabei gilt es, aus dem Rohstoff Lignin durch chemische Funktionali-sierung in Kombination mit weiteren Polymeren eine mechanisch stabile Präkursorfaser zu entwickeln. Dabei wird ein am ITCF entwickeltes, kostengünstiges Schmelzspinnverfahren angewendet. In weiteren Schritten wird am ITCF die Präkursorfaser im Endlosverfahren stabilisiert und karbonisiert. Dieses geschieht an Anlagen, die besonders für die Verarbeitung von Lignin ausgelegt sind. Industriepartnern werden die so erzeugten Carbon-fasern zu Prototypen für die Industriebereiche Automotive und Windkraft-Anlagenbau weiterverarbeitet.

Die Public Private Partnership ‚Bio-Based Industries‘ ist ein Zusammenschluss von Firmen und Forschungs-einrichtungen, deren Ziel es ist, nachhaltiges Wirtschaften in einem bio-basierten Industriesektor zu stärken. Die Förderung des LIBRE-Projektes geschieht durch die EU, die unter dem Investitionsprogramm ‚HORIZON 2020‘ europaweite Forschungs- und Innovationsprojekte fördert. Das Projekt wird über eine Laufzeit von vier Jahren mit einem Volumen von 4,9 Mio. Euro gefördert. Beteiligt sind 12 Projektpartner.

Entwicklung von Lignin-basierten Carbonfasern zum Einsatz in Faserverbundwerkstoffen
Quelle: ITCF Denkendorf
Stabilisierungsanlage im ITCF
Quelle: ITCF Denkendorf

Redigiert von Angelika Hörschelmann

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