Faserherstellung und -verarbeitung

Das Fraunhofer ISC entwickelt Materialien und optimiert Verfahren zur Faserherstellung und -verarbeitung. Funktionelle Fasermaterialien finden vielfältige Anwendung in verschiedensten Branchen wie beispielsweise der regenerativen Medizin, der Glas- und Textilindustrie oder dem keramischen Leichtbau.

Die Entwicklung von Keramikfasern und Faserbeschichtungen liegt im Forschungsschwerpunkt der ISC Außenstelle, dem Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL in Bayreuth.

 

 

Aktuelle Schwerpunkte

  • Verstärkungsfasern: mechanische Kennzahlen, Temperaturstabilität, textile Faserverarbeitung, Prepregherstellung
  • Hohlfasern: porös, dicht, dicke und dünne Endlosfasern
  • Bioabbaubare Fasern und Faservliese
    (Kieselgel-Faservliese und TiPLA-Fasern)


Ausgangsmaterialien

  • Oxidische Verstärkungsfasern aus Aluminiumoxid, Mullit, Zirkoniumoxid oder Yttrium-Aluminium-Granat
  • Nichtoxidische Verstärkungsfasern aus Siliziumcarbid (SiC) bzw. SiBN3C
  • Faserbeschichtungen bestehen aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid, Zirkoniumoxid oder Spinell
  • Präkeramische Polymere / Hybridpolymere / Glas

Unsere Verfahren

Das Fraunhofer ISC verfügt über verschiedenste Methoden und Anlagen zur Faserherstellung und -verarbeitung:
 

  • Schmelzspinnen (feste Sol-Gel-Vorstufen und präkeramische Polymere)
  • Trockenspinnen (präkeramische Polymerlösungen und flüssige Sol-Gel-Vorstufen)
  • Nassspinnen
  • Elektrospinnen
  • Faserbeschichten
  • Wärmebehandlung (Sintern, Pyrolyse)
  • Wiederziehen von Spezialgläsern

Unser Service

  • Anwendungsbezogene Material- und Verfahrensauswahl
  • Materialanpassung bzw. -entwicklung
  • Entwicklung und Synthese von Lacken
  • Beschichten von Fasern und textilen Strukturen
  • Verfahrensanpassung bzw. -optimierung
  • Bemusterung
  • Kleinserien-/Pilotfertigung
  • Entwicklungs- und produktionsbegleitende Analytik
  • Upscaling vom Labor- bis in den Technikumsmaßstab
  • Fasercharakterisierung nach DIN EN Normen

Schwerpunkt »Keramische Fasern« am Fraunhofer HTL

Spinnverfahren bei Keramikfasern

Keramikfasern Spinnverfahren
© Fraunhofer ISC

Alle Spinnverfahren werden als Endlos-Spinnverfahren von Rovings mit 1 – 1000 Filamenten durchgeführt. Es stehen auch Monofilament-Spinnanlagen für Hohlfasern und Zweikomponenten-Fasern für dicke Endlosfasern mit Durchmessern > 100 µm zur Verfügung. Alle Spinnverfahren können an Luft oder auch unter Inertgas durchgeführt werden. Die Bedingungen im Spinnschacht, wie die Atmosphäre, Temperatur und Gasströmung, sind an die spezifischen Anforderungen der Spinnmasse anpassbar.

Nach dem Spinnprozess erfolgen die Pyrolyse und Sinterung der gesponnenen Fasern, wodurch die Transformation zur Keramikfaser stattfindet (1800 °C an Luft und 2000 °C unter Inert-Bedingungen).

 

 

Beschichtung von Keramikfasern

Keramikfasern Beschichtung
© Fraunhofer HTL

Neben der Keramikfaser selbst werden auch Faserbeschichtungen am HTL entwickelt. Aufgabe der Beschichtung ist es ein schadenstolerantes Verhalten von keramischen Verbundwerkstoffen zu ermöglichen und die Keramikfaser vor Korrosion zu schützen. Beim Applizieren der Faserbeschichtung wird ein vergleichsweise kostengünstiges nasschemisches Verfahren verfolgt. Dabei werden derzeit Prozessgeschwindigkeiten von bis zu 1000 m/h erreicht. Das HTL entwickelt für seine Kunden neuartige Beschichtungsvorstufen und optimiert bestehende Lacksysteme.