Optimierung der strukturellen Gleichmäßigkeit von PAN- Fasern auf Basis der Weiterentwicklung eines DMSO-Luftspaltspinnens
Projektleiter: Dr. Frank-Günther Niemz
Projektnummer: BMWi / INNO-KOM - 49MF180062
Laufzeit: 01.01.2019 bis 30.06.2021
Aufgabenstellung
Ziel der Arbeiten war die Entwicklung eines industrietauglichen Luftspaltspinnens für handelsübliche PAN- Polymere. Drei dafür ausgewählte Polymere präsentieren solche für Präcursor-, Textil- und technische Anwendungen. Als Lösemittel des PAN wurde das ungiftige Dimethylsulfoxid (DMSO) benutzt.
Ergebnisse
Im ersten Projektteil wurde darauf hingearbeitet, fehlende, für das Luftspaltspinnen notwendige, Komponenten wie Fällbadwanne, Anblasvorrichtung und Faserabzugseinheit zu entwickeln und nach Fertigung in einen vorhandenen Nassspinnstand zu integrieren.
Weiterhin wurden Spinnlösungssysteme dieser Polymere entwickelt und charakterisiert, die für das Luftspaltspinnen geeignet waren. Weiterführende Arbeiten zur Optimierung der Bedingungen im Luftspalt (Anblasen, Luftspaltgröße) folgten. Es zeigte sich, dass eine spezielle Anblasung der Filamente im Luftspalt, eine entscheidende Novität der Projektarbeiten, für ein stabiles Luftspaltspinnen sorgen kann. Weiterhin wurde eine Vielzahl von Experimenten zur Findung optimaler Bedingungen gemacht, auch in den technologischen Etappen Fällbad, Nassreckung, Präparierung, Trocknung und gegebenenfalls bei Bedarf Nachreckung der gesponnenen Filamente. Nach Abschluss dieser Arbeiten wurden optimale Bedingungen durch Kombination der Ergebnisse definiert (jeweils für jedes der Polymere) und Empfehlungen für eine möglicherweise hoch zu skalierende Technologie gegeben.
Anwendung
Der Vergleich der Eigenschaften von Projektfasern, gesponnen mit dem Luftspaltspinnen, mit Fasern, erhalten mit dem Nassspinnen zeigte, dass bei allen drei Polymeren deutlich sichtbare Vorteile der textilphysikalischen Kennwerte Reißfestigkeit und Modul erzielt werden konnten. Die Karbonisierung einer Faser zu einer Karbonfaser bestätigte das ebenfalls. Der Eigenschaftsvorteil wird ergänzt mit zu den definierten Verformungsbedingungen zugehörigen deutlich höheren Polymerkonzentrationen gegenüber Fasern, erhalten durch das Nassspinnen. Das wird in nachfolgender Tabelle dargestellt. Damit können die Herstellungskosten von PAN-Fasern, vor allem durch Einsparung von Energie, erheblich gesenkt werden.
