Carbonisierung von im Faserherstellungsprozess nach dem DMSO-Verfahren hergestellten, dotierten, Polyacrylnitril-Precursorfasern für duroplastische Verbundwerkstoffe (Kurz: Dotierte Precursorfasern)

Im ersten Teil des Projektes ist eine Standardtechnlogie für das aprotisches Lösungsmittel, DMSO zu erarbeiten, auf deren Basis im zweiten Teil die eigentlichen Optimierungsarbeiten durch Dotierung mit unterschiedlichen Stoffen erfolgt. Arbeitsrichtungen stehen im Fokus der geplanten Untersuchungen:

• Erhöhung des Kohlenstoffanteils im Precursor
• Einarbeitung strukturbeeinflussenden Stoffen
• Senkung der Wärmeentwicklung bei der Oxidation durch Einarbeitung von Additiven

Im Ergebnis des Projektes sollen die Ergebnisse es gestatten, die Grundtechnologie mit DMSO als Lösungsmittel zur Ablösung der Technologien mit den kritischen Lösungsmitteln DMF und DMAc Interessenten zur Verfügung zu stellen. Der Einflus der vorgenommenen Dotierungen ist darzustellen.

Ziel der Arbeiten war im ersten Projektteil die Erarbeitung einer Standardtechnologie zur Erspinnung von PAN-Filamenten unter Nutzung eines aprotischen Lösungsmittels, konkret das nichttoxische Lösungsmittel Dimethylsulfoxid (DMSO). Im zweiten Teil wurde über die Erhöhung des Kohlenstoffanteils, die Einarbeitung strukturverändernder Stoffe zur Beeinflussung der Mikrodefekte in der Faser und Senkung der Wärmeentwicklung durch Modifizierung des PAN durch die Einarbeitung von Additiven Einfluss auf Eigenschaften genommen.

Es wurden für drei verschiedene PAN-Polymere jeweils eine optimierte Standardtechnologie für die Erspinnung aus DMSO-Lösungen zu Fasern entwickelt. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass die Effektivität des Verfahrens und die erzielten Faserwerte keinerlei Nachteile gegenüber der herkömmlichen Technologie und dem Stand der Technik charakterisierenden Dimethylformamid-Verfahren mit sich bringen. Neben der Optimierung der Lösungsparameter wurden auch alle relevanten Schritte der Faserherstellung wie Extrusion, Fällbadbedingungen, Reck- und Trocknungstechnologie Lösungsmittel spezifisch optimiert.

Darauf aufbauend wurde für ein für Precursorfasern taugliches Copolymer untersucht, inwieweit stoffliche Modifizierungen Vorteile für die Precursor- bzw. Faserqualität bringen. Dabei kamen Ruß, verschiedene Carbonanotubes und Graphen zum Einsatz. Untersucht wurden neben Precursor- auch Karbonfasereigenschaften wie Dehnung, Festigkeit, Dichte, E-Modul, Thermomechanik, Struktureigenschaften und DSC. Im Resultat wurden nur geringfügige positive Änderungen der Precursoreigenschaften bei niedrigen Dosierungen der Zusatzstoffe beobachtet. Größere Mengen an Zusätzen verschlechtern die Eigenschaften der erhaltenen Precursor- und Karbonfasern.