Umweltschonende Umwandlungsprozesse mit reduziertem Energieeintrag durch GHz-Plasma in der Carbonfaserherstellung 鈥� Teil 2
笔谤辞箩别办迟诲耻谤肠丑蹿眉丑谤耻苍驳
Fachhochschule Aachen
Institut f眉r Mikrowellen- und Plasmatechnik
Eupener Str. 70
52066 Aachen
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Ziel des Vorhabens war es, die Herstellungsschritte der Stabilisierung, der Carbonisierung und des Spinnprozesses bei der Herstellung von Carbonfasern umweltvertr盲glicher zu gestalten und auf Basis der im Projekt SuperFaser 1 entwickelten Prototypen in eine Anlage f眉r die Stabilisierung und Carbonisierung zu 眉berf眉hren. Hierzu wurde die Gigaherzplasmatechnik verwendet, um eine beide Verfahren durchzuf眉hren. Sie zeichnet sich durch einen effizienten Energieeintrag aus.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
Im Rahmen des Projektes wurden auf Basis von verschiedenen Mikrowellen- und Mikrowellenplasma-Anlagen die umweltfreundliche Stabilisierung und Carbonisierung von PAN-Fasern untersucht. Es wurden verschiedenen Plasmajets, sowie eine Anlage mit einer Resonanzkammer untersucht und charakterisiert. Diese Arbeiten fanden in enger Kooperation zwischen der FH Aachen der Universit盲t Ulm und den industriellen Partnern statt.
An der Universit盲t Ulm wurde f眉r die Stabilisierung und die Carbonisierung wie auch f眉r den Spinnprozess je eine Pilotanlage aufgebaut und die Ergebnisse mit Hilfe verschie-dener chemischer Analyseverfahren untersucht.
Ergebnisse und Diskussion
Die 眉bergeordnete Zielsetzung, den Energieaufwand f眉r den Prozessschritt der Stabili-sierung zu senken, konnte mit einer Reduktion um mindestens 80% bei 12K-PAN-Faserb眉ndeln sehr erfolgreich eingehalten werden. Hierzu wird das Faserb眉ndel koaxial durch einen Mikrowellenplasmajet gef眉hrt, in dem sich ein ringf枚rmiges Plasma ausbildet.
Es wurden verschiedene Ans盲tze f眉r die Stabilisierung und Carbonisierung im Hinblick auf ihre prinzipielle und industriell skalierbare Tauglichkeit untersucht, darunter eine Resonator-kammer und des im SuperFaser1-Projekt entwickelte E01-Mikrowellenplasmajets.
Zum Ende der Projektlaufzeit konnte der Aufbau einer Pilotanlage f眉r die Carbonisierung erfolgen und erste erfolgreiche Experimente durchgef眉hrt werden.
Der Fokus des Projektes lag jedoch haupts盲chlich auf der Optimierung und Erh枚hung des Technology Readiness Levels (TRL) des neuartigen Stabilisierungsprozesses, was auch bestens erreicht wurde.
Weiterhin wurden zwei vielversprechende Ans盲tze f眉r die Carbonisierung bei Nieder- und Atmosph盲rendruck entwickelt, die aufgrund der mangelnden Zeit nicht weiterverfolgt werden konnten.
脰ffentlichkeitsarbeit und Pr盲sentation
Die Ergebnisse des neuartigen Stabilisierungsprozesses wurden auf der Aachen-Dresden-Denkendorf International Textile Conference im Rahmen einer Keynote im November 2025 pr盲sentiert. Pressetechnische Ver枚ffentlichung 眉ber das Projektende hinaus sind in Planung.
Fazit
Die urspr眉nglich geplanten Methoden wurden mit Hilfe von Prototypen auf ihre prinzipielle und industriell skalierbare Tauglichkeit untersucht. Dabei stellte sich vor allem die koaxiale F眉hrung der Carbonfaser durch einen Plasmajet und ein anschlie脽ender Behandlungs-reaktor (鈥濰eat Holder鈥�) als die aussichtsreichste L枚sung heraus.
Eine Pilotanlage mit einer Energieersparnis von mindestens 80% f眉r eine vollst盲ndige Stabilisierung wurde entwickelt und aufgebaut, die auch kosteng眉nstig auf einen industriellen Ma脽stab skaliert werden kann. F眉r die Carbonisierung wurde erste Prototypen aufgebaut, die weiterverfolgt werden sollten, da sich auch hier zeigte, dass eine potentiell 盲hnlich hohe Energieersparnis m枚glich ist.