"Aero-Fib" - Untersuchung der Synthese, Charakterisierung und Spinnerei von hochporösen aero zellulosischen Fasern zur Anwendung in technischen Textilien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Gries; Professor Dr. Lorenz Ratke
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 179080540

In dem Fortsetzungsantrag wird die Darstellung von offenporigen, nanostruktuierten Cellulosefasern untersucht. Hier gilt es allgemein das Verständnis der Strukturbildung, der porösen Morphologie und der mechanischen Eigenschaften der hergestellten Cellulosefasern zu erarbeiten. Der Erkenntnisraum muss hierzu erweitert werden: Aerogelfasern mit höheren Festigkeiten und selektiv herstellbaren Strukturen sollen erforscht werden. Der Zusammenhang zwischen Prozessbedingungen und Fasereigenschaften, wie Porosität, Feinheiten, mechanische Festigkeiten muss in höhere Prozessskalen übertragen werden. Die wissenschaftliche Herausforderung hierfür besteht in der Zusammenführung klassischer Prozessprinzipien mit neuartigen Prozessvariationen auf der einen Seite und Materialentwicklung für neuartige Celluloseaerogele aus ionischen Flüssigleiten auf der anderen. Das Herausarbeiten geeigneter Faserfestigkeiten für textile Anwendungen liegt im Focus: höhere Molekulargewichte und Quervernetzung sind zentrale Punkte.Die Ziele des dritten und vierten Jahres folgen den bereits erarbeiteten Ergebnissen. Sie adressieren das Material, die Spinnlösung, den Spinnprozess, textile Prototypenherstellung und Carbonisierung zu Carbogel-Fasern. Noch ist die Darstellung von Aerocellulose aus NMMO herausfordernd, so dass hier Optimierungen vor dem Prozess nötig sind. Die erwarteten Ergebnisse sollen in Bezug zu den bereits vorliegenden Ergebnissen in Beziehung gesetzt werden. Die Strukturbildung der Fasern ist von Spinnparametern, besonders Extrusionsbedingungen und Faserverzug im Koagulationsmittel abhängig. Um die Strukturbildung genauer beschreiben zu können, sind weitere Serienversuche geplant, die es erlauben gezielte Parametervariationen vergleichen zu können. Um sich industriellen Prozessbedingungen zu nähern sind ionische Flüssigkeiten mit Zusätzen wie u. a. Propylgallat unerlässlich. Der Waschschritt muss hierfür variiert, sowie die Spinnmaschinen angepasst werden. Die Kolbenpumpenextrusion ist begrenzt hinsichtlich Materialmenge, so dass die Zahnradextrusion näher untersucht werden muss. Nach erfolgreicher Darstellung des Prozesses sollen die Fasern für ausgewählte Anwendungen in Prototypen näher untersucht werden. Auch die Strukturbildung während der Carbonisierung soll genauer untersucht werden, um eine Konversion der Aerogelfasern zu Carbogelfasern beschreiben zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Crisan Popescu