de.wedoany.com-Bericht: Die Fachhochschule Aachen (FH Aachen) hat mit einer neuartigen Plasmatechnologie die entscheidende Stabilisierungsphase in der Carbonfaserproduktion von 60 Minuten auf 7 Minuten verkürzt, den Energieverbrauch um 80 % gesenkt und die Produktionslinie von 30 Metern auf etwa 4 Meter reduziert.
Carbonfasern sind Verstärkungsmaterialien für Verbundwerkstoffe (Faserverstärkte Kunststoffe, FVK) und werden häufig in der Flugzeugindustrie, im Automobilbau und in Windkraftanlagen-Rotoren eingesetzt. Derzeit werden Carbonfasern meist aus Polyacrylnitril (PAN)-Kunststoff in Öfen hergestellt, ein komplexer und kostenintensiver Prozess. PAN-Fasern werden üblicherweise von der Bayer AG (Marke Dralon) oder der Hoechst AG (Marke Dolan) produziert. Das herkömmliche Verfahren besteht aus zwei Phasen: Stabilisierung und Carbonisierung. In der Stabilisierungsphase durchlaufen die PAN-Fasern millimeterweise einen etwa 30 Meter langen Industrieofen und werden bei etwa 300 °C 60 Minuten lang erhitzt, was einen enormen Energieverbrauch und hohe Baukosten für die Anlage verursacht.
Forscher des Instituts für Mikrowellen- und Plasmatechnik (IMP) der FH Aachen haben herausgefunden, dass unabhängige Plasmen diese Situation verändern können. In frühen Versuchen wurde versucht, die PAN-Oberfläche mit Plasmastrahlen zu behandeln. Dabei stellte sich heraus, dass das Plasma zwar genügend Energie liefert, die strahlförmige Einwirkung jedoch die Energie auf Faserpunkte konzentriert, was zu einem Durchbrennen der Fasern führt. Zudem sind herkömmliche künstliche Plasmen auf Komponenten wie Elektroden angewiesen. Prof. Dr. Holger Heuermann, Leiter des IMP, erklärte, dass es dem Forschungsteam gelungen sei, das Plasma von den Elektroden zu trennen und die Plasmageometrie frei zu formen, wodurch ein zylindrisch ausgedehntes, unabhängiges Plasma entsteht. Dieses Plasma kann als Werkzeug eingesetzt werden, sodass die PAN-Fasern ohne direkten Kontakt hindurchgeführt werden können, die Wärme gleichmäßig einwirkt, ein Durchbrennen vermieden wird und eine kontrollierte Stabilisierung erreicht wird.
Bei der neuen Methode durchlaufen die PAN-Fasern die Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 1 Millimeter pro Sekunde, wodurch die gesamte Verweilzeit von 60 Minuten auf 7 Minuten für eine vollständige Stabilisierung reduziert wird. Der Energieverbrauch in der Stabilisierungsphase sinkt um 80 %, und die Länge der Produktionslinie verkürzt sich von 30 Metern auf etwa 4 Meter. Die Forscher weisen darauf hin, dass die Vorrichtung weiter für industrielle Anwendungen optimiert werden kann, beispielsweise durch eine parallele Anordnung von 16 neuartigen Plasmaeinheiten in einer 4×4-Matrix, wodurch sich die Verweilzeit der Fasern im Ofen auf 6 Minuten verkürzen ließe. Weitere Optimierungen könnten die Zeit auf mindestens 4 Minuten reduzieren.
Dieser Artikel wurde von Wedoany übersetzt und bearbeitet. Bei jeglicher Zitierung oder Nutzung durch künstliche Intelligenz (KI) ist die Quellenangabe „Wedoany“ zwingend vorgeschrieben. Sollten Urheberrechtsverletzungen oder andere Probleme vorliegen, bitten wir Sie, uns unverzüglich zu benachrichtigen. Wir werden den entsprechenden Inhalt umgehend anpassen oder löschen.
E-Mail: news@wedoany.com
