据弗劳恩霍夫应用聚合物研究所(简称“IAP”)介绍,采用其ComCarbon技术,能够低成本地生产出用于大众市场的碳纤维。

无论是针对飞机、赛车、高性能游艇还是自行车行业,碳纤维都是用于生产轻量化复合材料的最先进的增强纤维之一。然而,碳纤维向目前仍使用玻璃纤维和天然纤维的大众市场如汽车、建筑和其他行业的渗透却依然困难重重,主要原因之一是碳纤维的生产成本高。因此,价格的大幅度降低将有助于显著增加碳纤维在这些领域的应用。

一种可熔融的前驱体

生产传统的碳纤维,大约有一半的成本源自前驱体即聚丙烯腈(PAN)纤维的生产,这种所谓的前驱体纤维无法熔化,因而需要采用昂贵的溶液纺丝工艺进行生产。

“我们开发了一种替代的PAN基前驱体技术,可节省大约60%的前驱体成本。它是基于一种廉价的熔融纺丝工艺,采用我们为此而特别开发的可熔融PAN共聚物。” 弗劳恩霍夫IAP 生物聚合物研究部门负责人Johannes Ganster教授介绍说,“一旦它们转变成不可熔化的状态,这些低成本的前躯体纤维就能采用已有的生产路线,按照与传统前驱体一样的方式被加工成碳纤维。”

采用熔融纺丝节省成本

几个方面的原因,使得熔融纺丝拥有优于溶液纺丝的经济和生态优势。首先,它不使用任何对环境有害而必须付出高额代价进行回收的溶剂,消除使用溶剂意味着100%的熔融材料可以得到纺丝,这使得纺丝速度明显更高。

转变成碳纤维

当生产碳纤维时,前驱体纤维必须经历稳定和碳化过程。为此,这种熔融纺丝的前驱体纤维就转变成不可熔融状态。一旦这种预稳定过程完成,这种复丝纱就被连续地送入传统的稳定炉中,在高达1600℃的温度下得到碳化。

聚合物基的轻量化结构和功能整合

弗劳恩霍夫IAP不仅专注于碳纤维技术的开发,还专注于微波技术的开发,以替代传统的复合材料固化方法。与传统固化炉相比,在微波炉中的固化速度更快,最重要的是,部件的固化更温和。

弗劳恩霍夫IAP还专注于研究整合特殊的功能,如将生物化学和生物传感功能、识别特征、传感器、光伏或照明元件等整合到塑料中。