Rheological and LASER additives for higher efficiency in producing poly(acrylonitrile)-based carbon fibers

Herbert, Christian; Pich, Andrij; Möller, Martin

doi:HT018963394

Rheological and LASER additives for higher efficiency in producing poly(acrylonitrile)-based carbon fibers = Rheologische und LASER-Additive für die effizientere Herstellung von Polyacrylnitril-basierten Carbonfasern

Herbert, Christian

2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Diplom-Chemiker Christian Herbert

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (132 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Möller, Martin (Thesis advisor) ; Pich, Andrij (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-04-05

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-035322
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/573497/files/573497.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/573497/files/573497.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei) ; rheology (frei) ; additives (frei) ; RAFT (frei) ; carbon fiber (frei) ; polyacrylonitrile (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Diese Arbeit wurde im Rahmen des NRW Ziel2 Projektes „Megacarbon“ durchgeführt, welches die ressourcen-effizientere Herstellung von Carbon-Fasern für den Automotive Markt zum Ziel hat. In Zusammenarbeit mit der Dralon GmbH in Dormagen wurde ein Carbon-Faser Precursor hergestellt mit mindestens vergleichbaren Eigenschaften zu der Industrie-Faser Bluestar. Für die Verbesserung des Spinnprozesses wurde ein stark verzweigtes, rheologisch wirksames Additiv synthetisiert für die Reduktion der dynamischen Viskosität über einen breiten Scherratenbereich. Die verringerte dynamische Viskosität würde einen höheren Polymeranteil in der Spinnlösung erlauben, wodurch weniger Lösungsmittel DMF notwendig wäre und eine dichtere Faser entstehen würde. Der direkte Energieeintrag mittels Nah-Infrarot-LASER in die Precursorfaser wurde untersucht zur Senkung der Heizkosten in der Carbon-Faser-Herstellung. Zur Untersuchung der LASER-Absorption wurden kleinen Mengen von Nah-Infrarot absorbierenden Rußpartikel homogen in einer Polymerlösung dispergiert. Das synthetisierte, stark verzweigte, rheologisch wirksame Additiv wurde als Zusatz in einer PAN-Copolymer Spinnlösung in der Laborspinnanlage von Dralon erfolgreich naß versponnen.

This work is based on the NRW Ziel2 ‘Megacarbon’ project which aims for the more resource efficient production of carbon fibers (CF) for the automotive market. In cooperation with the Dralon GmbH in Dormagen a CF precursor with properties at least equal to the industry reference fiber Bluestar was developed and used in fiber spinning experiments. For the improvement of the spinning process a hyperbranched, rheological additive was synthesized for the decrease of dynamic viscosity over a broad sheer rate range. The decreased dynamic viscosity would allow for a higher amount of polymer percentage in the spinning solution resulting in a higher density of the fiber and less usage of the solvent DMF. For the energy cost reduction of CF production thermal treatment with near infra-red (NIR) LASER for direct energy transfer into the precursor fiber has been examined. To achieve the required control of the thermal treatment a defined amount of NIR absorbing carbon black particles was homogeneously dispersed in a polymer solution. The synthesized hyperbranched, rheological additive was successfully wet-spun with a PAN-based polymer in DMF at the laboratory spinning setup at Dralon.

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