12/07/2023 – Neue Werkstoffe
ITA-Masterabsolvent gewinnt Hanns-Voith-Stiftungspreis 2023
In seiner Masterarbeit entwickelte Flávio André Marter Diniz am Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA) ultradünne Poly-Ethylen (PE)-Carbonfasern mit einem 2-3-mal kleineren Filament-Durchmesser als bei herkömmlichen PAN-basierten Carbonfasern. Für seine Entwicklung wurde er im Juni mit dem Hanns-Voith-Stiftungspreis in der Kategorie „Neue Werkstoffe“ ausgezeichnet.
Professor Dr. Gries mit dem Preisträger Flávio André Marter Diniz. © Hanns-Voith-Stiftung, Oliver Vogel
Ultradünne PE-basierte Carbonfaser. © ITA
Der Preis
Die Hanns-Voith-Stiftung hat in diesem Jahr zum 10. Mal herausragende Nachwuchswissenschaftler in sechs Kategorien (Antriebstechnik, Innovation & Technology/Künstliche Intelligenz, Neue Werkstoffe, Papier, Wasserkraft und Wirtschaftswissenschaften) mit dem Hanns-Voith-Preis ausgezeichnet. Herrn Marter Diniz wurde der mit 5.000 Euro dotierte Preis am 23. Juni von Prof. Dr. mult. Sigmar Wittig für seine Masterarbeit mit dem Titel „Untersuchung des Stabilisierungs- und Carbonisierungsprozesses für die Herstellung von ultra-dünnen polyethylenbasierten Carbonfasern“ verliehen.
Zielsetzung der Masterarbeit
Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines neuen und kostengünstigen Herstellprozesses für qualitativ hochwertige ultra-dünne Carbonfasern durch einen Polyethylen-Präkursor. Zudem sollte der heute zeitlich aufwändige Sulfonisierungsprozess deutlich verkürzt werden.
Ultradünne PE-Carbonfasern
Als Ergebnis stellte Herr Marter Diniz neuartige ultra-dünne polyethylenbasierte Carbonfasern mit einem Filament-Durchmesser < 3 μm mit einer hervorragenden Oberflächenqualität der Fasern ohne erkennbare strukturelle Defekte her. Der Faserdurchmesser ist 2-3-mal kleiner üblich. Damit ist die Grundlage für mechanisch hochwertige Materialeigenschaften gegeben. Parallel konnte Herr Marter Diniz die Sulfonisierungsdauer um 25 % senken. Das entwickelte Material und die Technologie sind ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu günstigeren Carbonfasern. Mit PE-basierten Precursoren kann der Preis von Carbonfasern um 50 % gesenkt werden, wodurch vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten in Schlüsselbereichen wie Windkraft, Luft- und Raumfahrt sowie Automotive eröffnet werden.
Der Einsatz von Carbonfasern in hochbeanspruchten Leichtbaulösungen wie z. B. den heutigen Wachstumsanwendungen von Windkraftanlagen oder Drucktanks ist wegen hervorragender mechanischer Eigenschaften bei gleichzeitig geringer Dichte heute nicht mehr wegzudenken. Konventionelle PAN-Präkursor-basierte Carbonfasern sind in der Herstellung sehr kostenintensiv und der Werkstoff ist nicht ausreichend verfügbar. Schlüssel und Wachstumsmotor für weitere industrielle Composites Anwendungen können neue Fertigungsansätze wie dieser sein, die alternative Rohmaterialien und Herstellungsprozesse erarbeiten.