Entwicklung polyethylenbasierter Precursoren für die thermochemische Stabilisierung zur Carbonfaserherstellung

Ausgangslage der Dissertation ist der Bedarf an kostengünstigen Carbonfasern (Zielpreis: 5 - 12 ?/kg) für die Automobilindustrie mit bestimmten Anforderungen an die Carbonfasereigenschaften (Festigkeit: 1.730 - 2.800 MPa, E-Modul: 155 - 190 GPa). Ziel der Arbeit ist die Umsetzung einer Möglichkeit zur Kostenreduktion und Erreichung der geforderten Carbonfasereigenschaften. Die Hypothese der Arbeit besteht darin, dass dieses dadurch zu erreichen ist, in dem das alternative Precursormaterial Polyethylen im Schmelzspinnprozess ausgesponnen, kontinuierlich thermochemisch stabilisiert und anschließend kontinuierlich carbonisiert wird.

Der Ansatz besteht darin, PE-basierte Precursoren zu entwickeln, die für die thermochemische Stabilisierung geeignet sind, damit diese zu Carbonfasern konvertiert werden können. Es werden Anforderungen an die Precursoren definiert. Anforderungen sind Einzelfilamentdurchmesser, Kristallinität, Orientierung, mechanischen Kennwerte und Schrumpf. Im Rahmen der Arbeit wurde über den Durchlauf mehrerer Entwicklungszyklen ein industrieller Schmelzspinnprozess entwickelt, mit dem die Herstellung von polyethylenbasierten Precursoren möglich ist, die eine vollständige thermochemische Sulfonierung erlauben. Abschließend werden die stabilisierten Precursoren kontinuierlich carbonisiert. Die erreichten Eigenschaften der Carbonfasern liegen im Bereich der geforderten Eigenschaften der Automobilindustrie. Über eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurde ein Preis von 9,40 ?/kg ermittelt. Festgehalten werden kann, dass über die Verwendung von Polyethylen als Precursormaterial eine kostengünstige Herstellung von Carbonfasern erfolgen kann.