Polyacrylnitrilfasern auf der Basis eines Spinnverfahrens aus ionischen Flüssigkeiten für den Einsatz als Verstärkungsfasern und als Precurser für Carbonfasern

Das Ziel der geplanten Arbeiten sind experimentelle und technische Untersuchungen zur Entwicklung von hochfesten PAN-Verstärkungs- und Precursorfasern aus Lösungen verschiedener PAN- Polymere in ionischen Flüssigkeiten für den technischen Einsatz. Dabei sind Erkenntnisse zum Einfluss der Polymer- aber auch der Fällungsstrukturen sowie zur Notwendigkeit von Nachverstreckungsprozeduren und Optimierung der dafür erforderlichen Parameter zu untersuchen.

Ergebnisse

Im Ergebnis wurden aus Lösungen verschiedener PAN-Polymere in Butylmethylimidazoliumchlorid (BMIMCl) Verstärker- und Precursorfasern mit z.T. über 75 cN/tex Einzelfaserfestigkeit und 8-15 % Dehnung erhalten. Dazu diente neben optimierten Prozessen der Lösungsherstellung und Faserspinnerei, ausgerichtet auf verschiedene PAN-Rohstoffe, eine im Projekt entwickelte, konstruierte und in den Prozess der Spinnerei eingebundene Filamenttrocknungsanlage, mit welcher Prozesse der Trocknung und Nachverstreckung untersucht wurden. Eine Nachverstreckung erbrachte eine bis zu 30% höhere Festigkeit bei Absenkung der Reißdehnung um ca. 15 - 20%. Auch der E-Modul der nachverstreckten Fasern stieg um 25 - 40%.Im Ergebnis wurden aus Lösungen verschiedener PAN-Polymere in Butylmethylimidazoliumchlorid (BMIMCl) Verstärker- und Precursorfasern mit z.T. über 75 cN/tex Einzelfaserfestigkeit und 8-15 % Dehnung erhalten. Dazu diente neben optimierten Prozessen der Lösungsherstellung und Faserspinnerei, ausgerichtet auf verschiedene PAN-Rohstoffe, eine im Projekt entwickelte, konstruierte und in den Prozess der Spinnerei eingebundene Filamenttrocknungsanlage, mit welcher Prozesse der Trocknung und Nachverstreckung untersucht wurden. Eine Nachverstreckung erbrachte eine bis zu 30% höhere Festigkeit bei Absenkung der Reißdehnung um ca. 15 - 20%. Auch der E-Modul der nachverstreckten Fasern stieg um 25 - 40%.

Anwendung

Eine Abschätzung erwarteter wirtschaftlicher Effekte aus einem Technologietransfer in die Wirtschaft über einen Zeitraum der nächsten Jahre könnte zu Effekten von ca. 30 Mio € führen. Dabei wird postuliert, dass der Bau und die Errichtung einer Pilotanlage zur Faserproduktion (textil- oder technische Fasern) erfolgen könnten und dass Umsatzvorteile gegenüber den nach dem Stand der Technik erzeugten Fasern entstehen. Die Projektergebnisse zeigen andererseits auch, dass noch ein erheblicher Forschungsbedarf, welcher mit dem Einsatz von Ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel  verbunden ist, besteht. Anwendungsbereiche sind hochfeste Fasern, Precursor für Karbonfasern und auch hochfeste Textilfasern.