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Modifizierte hochduktile und elektrisch leitfähige Kohlenstofffasern

01.09.2017-31.08.2018

© TUD/RCCF

Im Rahmen eines DFG-Forschungsvorhabens (Projektleiter: PD Dr.-Ing. habil. Robert Böhm, Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Chokri Cherif, Prof. Dr. rer. nat. Xinliang Feng, Prof. Dr. rer. nat. Hubert Jäger) konnte gezeigt werden , dass mittels langzeitstabiler Graphen/PAN-Dispersionen graphenmodifizierte Kohlenstofffasern hergestellt wer­den können. Mit den identifi­zierten Prozess-Struktur-Beziehungen für das Spinnver­fahren und die thermomechanische Kon­version können nun um den Faktor 100 dickere Rovings im Vergleich zum bisherigen Stand der Forschung gefertigt werden.

Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen damit erstmals die Her­stellung graphen­modifizierter Kohlenstofffasern in industrienahen Größenordnungen. Hierzu wurde u. a. die Stabilität nicht funktionalisierter Graphen-Dispersionen in DMF mit einer Kon­zentration von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent signifikant gesteigert. Durch eine wei­tere Funktiona­lisierung konnten Graphen-DMF-Dispersionen mit einer Stabilität bis zu einem Monat hergestellt werden. Die funktionalisierten und nicht funktionalisier­ten Graphen-Dispersionen unterschiedli­cher Masse-Konzentrationen können alle zum Spinnen von Precursorfasern verwendet werden.

Mit Hilfe von Spinnprozessan­passungen und geeigneten Untersuchungen zu den Prozess-Struk­tur-Beziehungen ist es gelungen, Precursorfasern mit reproduzierbaren Filamentdurchmessern und Gra­phenbeladungen unter Beibehaltung der Filamentfeinheit und des Filamentquer­schnitts herzustellen und thermomechanisch zu Kohlenstofffasern umzuwandeln. Eine aussagekräftige Vergleichbarkeit von Precursor- und Kohlenstofffasern verschie­dener Graphengehalte ist damit erstmals möglich. Die hergestellten Kohlenstofffa­sern weisen vergleichbare mechanische Eigen­schaften auf wie nanomodifizierte Kohlenstofffasern aus hochpolymerem PAN.

© TUD/ILK

Wissenschaftliche Leitung

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Dr.-Ing. Thomas Behnisch

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