Modifizierte hochduktile und elektrisch leitfähige Kohlenstofffasern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Vorhabens konnte gezeigt werden, dass mittels langzeitstabiler Graphen/PAN-Dispersionen graphenmodifizierte Kohlenstofffasern hergestellt werden können. Mit den identifizierten Prozess-Struktur-Beziehungen für das Spinnverfahren und die thermomechanische Konversion können nun um den Faktor 100 dickere Rovings im Vergleich zum bisherigen Stand der Forschung gefertigt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen damit erstmals die Herstellung graphenmodifizierter Kohlenstofffasern in industrienahen Größenordnungen. Hierzu wurde u. a. die Stabilität nicht funktionalisierter Graphen-Dispersionen in DMF mit einer Konzentration von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent signifikant gesteigert. Durch eine weitere Funktionalisierung konnten Graphen-DMF-Dispersionen mit einer Stabilität bis zu einem Monat hergestellt werden. Die funktionalisierten und nicht funktionalisierten Graphen-Dispersionen unterschiedlicher Masse-Konzentrationen können alle zum Spinnen von Precursorfasern verwendet werden. Mit Hilfe von Spinnprozessanpassungen und geeigneten Untersuchungen zu den Prozess-Struktur-Beziehungen ist es gelungen, Precursorfasern mit reproduzierbaren Filamentdurchmessern und Graphenbeladungen unter Beibehaltung der Filamentfeinheit und des Filamentquerschnitts herzustellen und thermomechanisch zu Kohlenstofffasern umzuwandeln. Eine aussagekräftige Vergleichbarkeit von Precursor- und Kohlenstofffasern verschiedener Graphengehalte ist damit erstmals möglich. Die hergestellten Kohlenstofffasern weisen vergleichbare mechanische Eigenschaften auf wie nanomodifizierte Kohlenstofffasern aus hochpolymerem PAN. Für eine maßgeschneiderte Anpassung der mechanischen Eigenschaften im Allgemeinen und der Duktilität sowie der elektrischen Leitfähigkeiten im Speziellen durch eine Graphenmodifizierung ist in künftigen Arbeiten die Datenbasis signifikant zu erhöhen. Hier besteht noch ein erheblicher Forschungsbedarf.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Carbonfasern auf dem Weg in die Zukunft. Aachen-Dresden-Denkendorf Fachkolloquium Textil, Dresden, 22.-23.03.2018
Jäger, H.; Gude, M.; Böhm, R.; Koch, I.; Scheffler, C.; Füssel, R.; Gluch, J.; Rellinghaus, B.
- Graphene-modified carbon fibres. 1st Dresden International Colloquium on Tailored Carbon Fibres, Dresden, 03.-04.05.2018
Lohe, M.R.
- Polyacrylonitrile fibers containing thin-layer graphene particles as precursors for CF. The World Conference on Carbon 2018, Madrid, 1.-6.7.2018
Richter, M.; Hund, R.D.; Cherif, C.; Wolz, D.S.; Böhm, R.; Jäger, H.; Romani Vazquez, A.; Shaygan Nia, A.; Lohe, M.R.; Feng, X.
