Neues Verfahren zur Fertigung funktionalisierter Kohlenstofffasern

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Durch das sehr gleichmäßige Verkupfern in einem automatisierten galvanischen Durchlaufprozess soll das Eigenschaftsspektrum von Kohlenstofffasern maßgeblich erweitert werden und biete damit Vorteile bei elektromagnetischer Schirmung, Blitzschutz, thermischer und elektrischer Leitfähigkeit sowie hinsichtlich der Haftvermittlung in hybriden Werkstoffen. Wie das Unternehmen berichtet, waren bislang nur händisch hergestellte Forschungsmaterialien mit einer Länge von wenigen Metern auf dem Markt verfügbar. "Nachdem wir zu Beginn unserer Entwicklungsarbeiten lediglich sieben Zentimeter lange Faserstücke sehr aufwendig beschichtet haben, sind wir nun sehr stolz, in einer kontinuierlich arbeitenden 25 Meter langen Anlage endlos Fasern beschichten zu können", erklärt Dr. Falko Böttger-Hiller, einer der Geschäftsführer von inca-fiber.

In den letzten Wochen sei es den Chemnitzer Forschern gelungen, die positiven Ergebnisse der Laborversuche erfolgreich auf eine eigens entwickelte, semi-industrielle Pilotanlage zu übertragen. Dadurch sollen mit rund 700 Kilogramm/Jahr erstmals ausreichend große Mengen an Kohlenstofffasern bereitgestellt werden können, um potenzielle Kunden für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit metallisierten Fasern zu beliefern und in deren Prozesskette zu integrieren. Nachdem den Forschern zufolge die technologische Hürde für eine wirtschaftliche Produktion überwunden ist, soll in den kommenden Monaten der Durchsatz der Anlage mit Fokus auf die Anforderungen des Markts angepasst werden. Neben Unternehmen wie Airbus gehören auch die Fraunhofer-Gesellschaft, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie namhafte Firmen aus der Automobilindustrie zu den Partnern.

Erfolg auf Basis umfassender Grundlagenuntersuchungen

Um die elektrische und die thermische Leitfähigkeit, die Fügefähigkeit sowie die haftvermittelnde Wirkung von Kohlenstofffasern zu erhöhen und dadurch Anwendungen wie etwa Blitzschutz in Rotorblättern zu ermöglichen, seien aufwendige Grundlagenuntersuchungen in einem interdisziplinären Team aus jungen Wissenschaftlern rund um die Galvano- und Oberflächentechnik erforderlich gewesen. Insbesondere an der Elektrolytentwicklung und der Prozessautomatisierung sei viel geforscht worden, bis eine homogene Beschichtung auf jeder Faser eines Bündels, bestehend aus bis zu 12.000 Fasern, metallisiert werden konnte. Im Juli 2015 begann der Transfer dieser Forschungsarbeiten in ein wirtschaftlich tragfähiges Konzept, unterstützt durch die Bewilligung einer Exist-Forschungsförderung durch das Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) und den Europäischen Sozialfonds (ESF).

"Die Entwicklung der inca-fiber GmbH als wirtschaftlich tätiges Unternehmen aus den Ansätzen der eigenen Forschung zu verfolgen, ist für alle Beteiligten eine große Bestätigung und unterstreicht die Innovationskraft der Grundlagenforschung an der TU Chemnitz", sagt Dr. Thomas Lampke, Inhaber der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik, der die Gründer von Anfang an als Mentor begleitet. inca-fiber steht für Innovative Carbon Fiber. Geleitet wird das Start-up von den TU-Chemnitz-Absolventen Dr. Falko Böttger-Hiller und Toni Böttger.

Wirtschaftliche Umsetzung des Verfahrens

"Wir werden uns zukünftig auf die wirtschaftliche Umsetzung des Verfahrens mit Kupfer konzentrieren", sagt Böttger-Hiller. Nach der ersten Förderung im Umfang von rund 700.000 Euro steht eine Anschlussfinanzierung über den Exist-Forschungstransfer in Aussicht. Neben der Faser- beziehungsweise Bündelbeschichtung sei auch das galvanische Metallisieren textiler Halbzeuge zu leisten, um daraus funktionelle kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zu fertigen. Dabei spielen vor allem neue Konzepte zur Bauteilüberwachung sowie weitere Sicherheits- und auch Beleuchtungskonzepte eine Rolle. Die Forschungsergebnisse fließen auch in den Bundesexzellenzcluster Merge der TU Chemnitz ein.