4M demonstriert Durchbruch bei Großdurchmesser-Carbonfaser-Produktion mit Plasma-Oxidationstechnologie

4M Carbon Fiber Corp. (Knoxville, Tennessee, USA) gab am 23. April bekannt, dass es eine Carbonfaser mit relativ großem Filamentdurchmesser unter Verwendung seiner patentierten Plasma-Oxidationstechnologie mit einem textilgradigen Polyacrylnitril (PAN)-Precursor eines Partners, Dralon GmbH (Dormagen, Deutschland), produziert hat.

4M und Dralon ko-entwickelten den kostengünstigen, textilgradigen PAN-Precursor, der eine 10K-Tow-Carbonfaser mit Filamenten von ca. 9,6 µm Durchmesser erzeugt (vs. 6–7 µm bei typischen Fasern). In Vorarbeiten mit dem Precursor erreichte 4M eine Verweilzeit für die Oxidationsphase bei der Carbonfaserherstellung von nur 52 Minuten – erheblich schneller als konventionelle Oxidation kommerzieller (kleinerer Durchmesser) PAN-Precursor. Die Arbeit am textilgradigen PAN zur weiteren Verbesserung der Materialeigenschaften und Prozessoptimierung läuft.

Herausforderung: Konventionelle Oxidation bei Großdurchmesser

4M merkt an, dass Großdurchmesser-Carbonfasern bisher nicht im Maßstab produziert wurden, hauptsächlich aufgrund von Herausforderungen in der Oxidationsstufe. Mit konventioneller Oxidationstechnologie erfordern größere Filamente lange Verweilzeiten und zusätzlichen Energieaufwand, was zu ökonomisch nicht tragfähiger Carbonfaser führt. Zudem neigen Großdurchmesser-Carbonfasern zu unterdurchschnittlicher Performance durch Defekte, die bei konventioneller Oxidation entstehen. Aus diesen Gründen bieten Carbonfaserhersteller keine kommerziellen Großdurchmesser-Carbonfasern an.

Vorteile Großdurchmesser-Carbonfaser

Vorteile sind niedrigere Kosten und bessere Performance, so 4M. Ein größerer Filamentdurchmesser bringt Kosteneinsparungen durch den gesamten Herstellungsprozess – von Precursor-Produktion bis Carbonfaser-Konversion, am deutlichsten in erhöhtem Massedurchsatz. Kombiniert mit Dralons normalerweise kostengünstigem Precursor wird die Gesamteinsparung signifikant.

Carbonfasern sind für hohe Zugfestigkeit bekannt, aber nicht besonders druckfest, besonders im Vergleich zu Glasfasern. 4M zufolge können Großdurchmesser-Carbonfasern jedoch signifikant höhere Druckfestigkeit aufweisen. Fortschritte hier könnten neue Anwendungen und Wachstum in bestehenden Märkten ermöglichen, wie Windrotorblätter.