Kohlenstofffasern verfügen über hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften wie hohe Festigkeit, hohen Elastizitätsmodul, geringe Dichte, geringes Gewicht, chemische Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit.
Kohlenstofffasern zeichnen sich durch hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften aus, wie hohe Festigkeit, hohen Elastizitätsmodul, geringe Dichte, geringes Gewicht, chemische Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit. Sie finden Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, der Sensorik, in Windturbinenblättern, im Schienenverkehr, im Sicherheitsbereich und in weiteren Bereichen. Ultrahochleistungskohlenstofffasern haben ein breites Anwendungsspektrum, und ihre Nachfrage steigt täglich, was sie zu einem aktuellen Forschungsschwerpunkt macht. In der Kohlenstofffaserproduktion und -forschung nehmen Japan und die USA eine dominierende Stellung ein. Im Folgenden wird hauptsächlich die Entwicklung der dortigen Kohlenstofffaserproduktionsunternehmen und Forschungseinrichtungen der letzten Jahre vorgestellt.
Japan Toray
Als Reaktion auf die neue Situation wird Toray Mitte Juli 2021 das Forschungsinstitut für Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe (CFK) des französischen Kohlenstofffaser-Produktions- und Vertriebsunternehmens CFE in seinen niederländischen Geschäftsbereich Toray Advanced Composites (TAC) integrieren und die Entwicklung thermoplastischer Prepregs für Flugzeuge der nächsten Generation beschleunigen. Mittelfristig gesehen sind die Bewältigung des Klimawandels und die Erfüllung der Anforderungen der zukünftigen Energiebranche wichtige Ziele von Toray Carbon Fiber und seiner CFK-Industrie. Toray konzentriert sich derzeit auf die Forschung und Entwicklung von drei neuen Technologien: Gemeinsam mit Mitsui Offshore Development Co., Ltd. entwickelt Toray eine neue CFK-Reparaturtechnologie für schwimmende Offshore-Anlagen zur Lagerung und Beförderung von Öl und Erdgas; nutzt eine Technologie mit hoher Wärmeleitfähigkeit, um CFK mit einer Wärmeableitung zu entwickeln, die der von Metall entspricht; und unter Verwendung von hohlfaserähnlichen porösen Kohlenstofffasern als Träger und einer dünnen Kohlenstoffmembran mit Trennfunktion an der Oberfläche wird eine CO2-Trennmembran mit einer Zweischichtstruktur aus reinem Kohlenstoff hergestellt. Im Vergleich zu früheren anorganischen Trennmembranen kann diese Anlage miniaturisiert werden. Jahre der Industrialisierung.
Teijin
Teijins Kohlefasergeschäft erlitt aufgrund der rückläufigen Nachfrage nach Autos und Flugzeugen während der Corona-Pandemie einen Verlust von 6,7 Milliarden Yen. Aufgrund des starken Rückgangs der Verkäufe im Flugzeugbereich verstärkte das Unternehmen seine Umsätze in den Bereichen Windkraftblätter sowie Sport und Freizeit und begann nun mit der Produktion und dem Verkauf von Kohlefaser-Prepregs für Sport und Freizeit in Vietnam, darunter Angelruten, Golfschläger, Autos und Eismaschinen. Für verwandte Zwecke wie Schläger wird künftig auch die Produktion von Flugzeugprodukten in Betracht gezogen. Das neue unidirektionale CF/PPS-Band-Prepreg „TenaxTM TPUD“ der europäischen Tochtergesellschaft von Teijin Carbon Fiber zeichnet sich durch bessere chemische Beständigkeit, Hitzebeständigkeit und Recyclingfähigkeit aus, nimmt wenig Wasser auf, ist dimensionsstabil, temperaturbeständig und kriechfest und lässt sich schnell formen sowie bei Raumtemperatur lagern und transportieren. Teijin hat außerdem die ultrafeine funktionelle Kohlenstofffaser „PotenCia“ mit einem Faserdurchmesser von 0,1–0,5 μm entwickelt, die sich durch geringe Kristallinität, hervorragende Dispersion und geringen Widerstand auszeichnet. Sie eignet sich künftig als leitfähiger Zusatz für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien und Doppelschichtkondensatoren.
Das Georgia Institute of Technology, die University of Florida, die University of Connecticut, das Air Force Research Laboratory der Wright-Patterson Air Force Base, UES.Dayton und Boeing haben gemeinsam die Herstellung und Verarbeitung von porösen und hohlen Kohlenstofffasern sowie den Zusammenhang zwischen ihrer Struktur und Leistung untersucht. Das Sea-Island-Verbundfilament wird im Sea-Island-Spinnverfahren hergestellt. Polyacrylnitril (PAN) ist die Meereskomponente, Polymethacrylat (PMMA) ist die zu entfernende Inselkomponente. Anschließend wird es zu einem kontinuierlichen hohlen Kohlenstofffaser-Multifilament mit wabenförmigem Querschnitt karbonisiert. Seine Dichte beträgt 1,15 g/cm³ und ist damit 30 % niedriger als die von gewöhnlichen Kohlenstofffasern. Seine Zugfestigkeit beträgt 2,3–3,0 GPa und ist damit etwa 60 % höher als die von T300-Qualität. IM7 ist etwa 20 % höher und höher als die 1,6 GPa der zuvor beschriebenen hohlen Kohlenstofffasern.
