In dieser Dissertation wird ein industrielles Verfahren zur Beschichtung von E-Glasfilamenten im Herstellungsprozess entwickelt. Die Beschichtung weist dabei thermoplastisches Verhalten auf. Damit ist eine Nutzung in der Herstellung von Organoblechen möglich. Die Untersuchungen durchlaufen dabei die Skalen von der Grundlagenbildung über Labor- und Pilotversuche bis hin zur industriellen Umsetzung. Zunächst wird diskutiert, welche Anforderungen an eine thermoplastische Beschichtung gestellt werden, um einen stabilen Spinnprozess zu gewährleisten. Als Beschichtungswerkstoff wird Polypropylen gewählt. Das Polypropylen wird dabei modifiziert, um im Herstellungsprozess der Glasfilamente möglichst wenig Reibung zu verursachen. Die Glasfilamente weisen einen Durchmesser zwischen 10 und 17 µm auf. Die thermoplastische Beschichtung ummantelt jedes Glasfilament separat mit Schichtdicken von 0,5 - 3,5 µm. Die Glasfilamente werden zu einem Roving zusammengefasst und im Anschluss zu einem Organoblech konsolidiert. Mit dem neuen Herstellungsverfahren werden Faservolumengehalte von bis zu 81 Vol. % erreicht. Am Markt erhältli-che Organobleche weisen lediglich einen maximalen Anteil von 55 Vol. % auf.
Für die Analyse einer wirtschaftlichen Verwertung wird eine Marktübersicht erstellt. Zudem wird eine Prozesskostenrechnung durchgeführt. Des Weiteren wird die Patentstrategie vorgestellt. Kern der wirtschaftlichen Analyse ist die Diskussion um die Verwertung. Es werden verschiedene Szenarien der Vermarktung betrachtet.
Aktualisiert: 2022-09-01
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Ausgangslage der Dissertation ist der Bedarf an kostengünstigen Carbonfasern (Zielpreis: 5 - 12 ?/kg) für die Automobilindustrie mit bestimmten Anforderungen an die Carbonfasereigenschaften (Festigkeit: 1.730 - 2.800 MPa, E-Modul: 155 - 190 GPa). Ziel der Arbeit ist die Umsetzung einer Möglichkeit zur Kostenreduktion und Erreichung der geforderten Carbonfasereigenschaften. Die Hypothese der Arbeit besteht darin, dass dieses dadurch zu erreichen ist, in dem das alternative Precursormaterial Polyethylen im Schmelzspinnprozess ausgesponnen, kontinuierlich thermochemisch stabilisiert und anschließend kontinuierlich carbonisiert wird.
Der Ansatz besteht darin, PE-basierte Precursoren zu entwickeln, die für die thermochemische Stabilisierung geeignet sind, damit diese zu Carbonfasern konvertiert werden können. Es werden Anforderungen an die Precursoren definiert. Anforderungen sind Einzelfilamentdurchmesser, Kristallinität, Orientierung, mechanischen Kennwerte und Schrumpf. Im Rahmen der Arbeit wurde über den Durchlauf mehrerer Entwicklungszyklen ein industrieller Schmelzspinnprozess entwickelt, mit dem die Herstellung von polyethylenbasierten Precursoren möglich ist, die eine vollständige thermochemische Sulfonierung erlauben. Abschließend werden die stabilisierten Precursoren kontinuierlich carbonisiert. Die erreichten Eigenschaften der Carbonfasern liegen im Bereich der geforderten Eigenschaften der Automobilindustrie. Über eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurde ein Preis von 9,40 ?/kg ermittelt. Festgehalten werden kann, dass über die Verwendung von Polyethylen als Precursormaterial eine kostengünstige Herstellung von Carbonfasern erfolgen kann.
Aktualisiert: 2020-12-08
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