Leichtbau: Neuer Fertigungsprozess soll Carbonfasern günstiger machen

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Leichtbau

Neuer Fertigungsprozess soll Carbonfasern günstiger machen

Kohlenstofffaser während der Karbonisierung im Kaltwandreaktor mit Faserdirektheizung. Bild: Fraunhofer IWS
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Dresdner Wissenschaftler haben ein neues energieeffizientes Verfahren zur Herstellung von Carbonfasern entwickelt. Der Preis für den Werkstoff könnte dadurch in Zukunft deutlich sinken.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) und die TU Dresden untersuchen derzeit gemeinsam unterschiedliche Verfahren der Faserdirektheizung für die Stabilisierung, Karbonisierung und Graphitisierung sowie deren Kombination als Gesamtprozess. 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 und den damit entwickelten Verfahren konnten laut IWS bereits Carbonfasern hergestellt werden, die vergleichbare Eigenschaften wie die konventionell hergestellten Fasern aufweisen.
Steigender Bedarf erhöht den Kostendruck
Carbonfasern gelten weltweit insbesondere wegen ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften als der leistungsstärkste Faserwerkstoff für die Verstärkung anderer Materialien wie beispielsweise Kunststoff, Beton oder Keramik. Hochrechnungen des Carbon Composites e.V. prognostizieren einen starken Anstieg des globalen Carbonfaserbedarfs auf über 115 000 t bei Wachstumsraten von ungefähr 12 % pro Jahr bis zum Jahre 2021.
Im Vergleich zu metallischen Leichtbaumaterialien sind Faserverbundwerkstoffe mit Carbonfasern aufgrund des aufwendigen Herstellungsprozesses sehr teuer. Um die Kosten zu senken, müssen zum einen das Präkursormaterial und zum anderen die Herstellungskosten verringert werden. Beispielsweise sollte der Preis für 24k-Filamentgarne von heute 18 Euro auf 10 Euro pro kg im Bereich der Automobilanwendungen sinken, wobei etwa ein Drittel des Preises aus den Kosten für die thermischen Prozesse resultiert.
Im nächsten Schritt wollen die Dresdner Forscher ihre Ergebnisse auf verschiedene kommerziell erhältliche Präkursormaterialien übertragen und die jeweiligen Prozessparameter entsprechend optimieren. Interessierte Unternehmen können sich jederzeit an der Weiterentwicklung beteiligen. (bö)
Quelle: Fraunhofer IWS
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